BAZELE INFORMATICIIMihai Istrate Carmen Hmelnichi Editura Renaissance, Bucureti 2010 ISBN- 978-973-8922-64-8

Capitolul 1 INTRODUCERE N INFORMATIC1.1. Noiuni introductive Conceptul de sistem are un rol de baz n domeniul sistemelor informatice. Odat neles, acesta vine s fundamenteze alte concepte conexe din domeniile tehnologiei, aplicaiilor, dezvoltrii i managementului sistemelor informatice. Conceptul de sistem este legat de: reelele de calculatoare ca elemente componente ale sistemelor de prelucrare a informaiilor; utilizarea computerelor din domeniul business-ului; tehnologiile de management-ul informaiei care au un rol deosebit de important asupra calitii, valorii business-ului etc. Conceptul de sistem: Un sistem este format dintr-un grup de componente ntre care se stabilesc relaii i care conlucreaz spre un scop comun prin acceptarea de intrri i producerea de ieiri printr-un process (de transformare). Intrri ProcesFig. 1.1 Diagrama unui sistem

Ieiri

Intrri (input) - sunt elementele care intr n sistem pentru a fi prelucrate; Proces- reprezint procesul de transformare a intrrilor n ieiri; Ieiri (output)- sunt elementele care au fost rezultate prin procesul de transformare. Pe lng aceste componente mai exist nc dou adiionale: feed-back (rspunsul) i controlul. Un sistem cu feedback i control este un sistem cibernetic. Feed-back sunt datele care reprezint performanele sistemului Controlul implic monitorizarea i evaluarea feed-back-ului n scopul de a determina msura n care sistemul se ndreapt ctre ndeplinirea scopului. Funcia de control face necesar ajustarea intrrilor din sistem pentru a asigura c acesta va produce ieirile corespunztoare. 1.2. Sisteme informatice Modelul unui sistem informatic exprim cadrul conceptual pentru componentele principale i activitatea sistemului informatic. Sistemul informatic depinde de resursele umane, de hardware i software pentru a realiza intrrile n sistem, prelucrrile, ieirile din sistem, precum i activitile de control care convertesc datele n produse informaionale. Elementele componente ale unui sistem informatic: Oameni, hardware, software i date care sunt elementele de baz:

Resursele umane - includ att utilizatorii ct i specialitii; Hardware includ echipamentele; Software includ programe i proceduri; Datele sunt transformate prin activitile de procesare ntr-o mare varietate de produse informaionale pentru utilizatori. Un alt aspect important l reprezint procesarea informaiilor. Aceasta const n introducerea, prelucrarea, ieirea i stocarea i activitile de control. Datele sunt fapte brute sau observaii n general despre fenomene fizice sau tranzacii comerciale. Datele au un caracter obiectiv sunt msurabile prin caracteristicile lor. Informaiile sunt deja procesate, au un anumit neles i sunt folositoare utilizatorului. Datele sufer un proces de adugare de valoare prin: agregare, manipulare i organizare analizarea i evaluarea coninutului lor utilizarea lor ntr-un context folositor pentru utilizator Clasificarea sistemelor informatice se poate face n funcie de mai multe criterii. Astfel, din punct de vedere ierarhic sistemele se pot clasifica n: Subsistem un sistem care face parte dintr-un sistem mai mare. Cel mai mare sistem este considerat a fi mediul nconjurtor sau universul. Suprasistem un sistem alctuit din alte sisteme (subsistem) Din punct de vedere al relaiei dintre sisteme, putem vorbi despre:: Limitele sistemului un sistem este separat de mediul unde acioneaz i alte sisteme prin graniele (limitele) sale. Sisteme deschise sisteme care interacioneaz cu altele aflate n acelai mediu se consider a fi un sistem deschis, conectat cu mediul sau prin intrri-ieiri. Sisteme nchise sisteme nu care interacioneaz cu altele i care n timp decad i dispar Sisteme adaptive sisteme care au abilitatea de a se modifica singure sau de a-i modifica mediul n care acioneaz n scopul de a i prelungi existena. Principalele activiti dintr-un sistem informatic sunt cele de prelucrarea informaiilor. Acestea includ: a - Introducerea datelor; b - Procesarea datelor pentru obinerea de informaii; c - Ieirea procedurilor informaionale; d - Stocarea resurselor infomaionale; e - Controlul performanelor sistemului. a. Introducerea datelor datele despre tranzaciile comerciale sau despre alte evenimente trebuie s fie adunate i pregtite pentru prelucrare. Introducerea se refer la editarea de nregistrri. Odat introduse, datele pot fi transferate pe un suport (magnetic/optic) pn la prelucrare. b. Prelucrarea datelor datele care sunt subiectul activitilor de prelucrare cuprind: calcule, comparri, sortri, clasificri sau nsumri. Aceste activiti organizeaz, analizeaz i manipuleaz datele convertindu-le n informaii pentru utilizatori. c. Ieirea produselor informaionale informaiile rezultate n urma prelucrrii apar n forme variate pentru a fi transmise utilizatorilor n forma solicitat de acetia. Informaiile trebuie s ndeplineasc anumite condiii de calitate ce se refer n general la: timp viteza cu care informaia ajunge la utilizator; coninut atributele care confer valoare informaiei; form felul n care ajunge la utilizator; d. Stocarea produselor informaionale aceast activitate nu constituie o component foarte important n cadrul sistemelor informatice. Ea reprezint activitatea dintr-un sistem informatic n care datele i informaiile sunt depozitate ntr-un mod organizat n vederea unei utilizri ulterioare. Atunci procesul de regsire este necesar utilizatorilor prin rapiditatea i acurateea sa. Suporturile utilizatorilor pentru stocarea datelor i informaiilor sunt n general magnetice sau optice.

Controlul performanelor sistemului reprezint o activitate de mare importan n cadrul sistemului informatic o reprezint controlul performanelor sale. Aceast activitate are n vedere urmtoarele elemente: un sistem informatic produce un feed-back despre intrrile, procesul i ieirile sale precum i despre activitatea de stocare. Feed-back-ul trebuie monitorizat i evaluat pentru a determina dac sistemul urmeaz s-i ating scopul prin performanele sale. Feed-back-ul va trebui utilizat pentru a efectua ajustri n activitatea sistemului pentru a-i corecta deficienele. Un sistem de calcul 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 si logice. 1.3. Calculatoare numerice n funcie de procedeul de reprezentare a informaiei i de suportul fizic al informaiei calculatoarele au fost mprite n: calculatoare analogice calculatoare numerice n sistemele de calcul analogice, informaia este codificat sub forma unor mrimi fizice (intensitatea curentului electric, tensiunea, etc). Aceast teoreie a dus la apariia calculatoarelor analogice care au constituit o generaie rspndit pe la mijlocul secolului XX, generaie disprut acum. Un exemplu de sistem analogic simplu este rigla de calcul care folosete mrimea fizic spaiu, operaiile fcndu-se prin msurarea distanelor pe o scar logaritmic. Spre deosebire de sistemele de calcul analogice sistemele de calcul numerice codific informaia sub form discret (numeric). 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. Datorita modului de realizare a componentelor constructive i a logicii de funcionare a sistemelor de calcul numerice, informaia este reprezentat utiliznd baza de numeraie 2. Codificarea binar folosit pentru reprezentarea intern a informaiei n sistemele de calcul determin natura componentelor constructive care acioneaza asupra acesteia. Unitatea elementar de reprezentare a informaiei este cifra binar, care poate lua dou valori: 0 sau 1. Aceasta poziie binar furnizeaz o cantitate de informaie de 1 bit (Binary Digit). n funcie de natura informaiei ce se codific i de dispozitivele care manevreaz informaia n sistemele de calcul numerice, se utilizeaz mai multe moduri de codificare a informaiei. n toate cazurile ns este vorba de o reprezentare binar a informaiei. 1.4. Schema von Neumann Structura unui calculator numeric a fost definit n anul 1945 de ctre John von Neumann.

Figura 1.4.1. Schema von Neumann a calculatorului numeric

n figura 1.4.1 liniile continue reprezint fluxuri de date, liniile ntrerupte reprezint fluxuri de comenzi i de stri, iar dreptunghiurile blocuri funcionale: Unitatea de intrare (UI) este destinat acceptrii de informaii din mediul extern (tastatur, scanner, joystick, mouse etc.). Memoria (M) permite stocarea datelor n scopul prelucrrii. Unitatea aritmetica logica (UAL) efectueaz calcule aritmetice i operaii logice. Unitatea centrala (UC) este componenta care coordoneaz ntreaga activitate din sistemul de calcul. Unitatea de iesire (UE) permite transferarea informaiilor n mediul extern (monitorul, imprimanta, etc). Modelul lui John von Neumann de construcie a calculatoarelor s-a impus de la nceputurile masinilor de calcul electronic si este pn n prezent singurul model funcional. Acest model defineste calculatorul ca pe un ansamblu format din dou componente centrale: unitatea de comand si memoria intern. Unitatea de memorie reprezint unitatea funcional a unui calculator n care se stocheaz informaia (date si programe). Memoria unui calculator este format din: memoria intern (principal) pstreaz programele si datele ce se utilizeaz la un moment dat si este realizat cu circuite electronice de memorie; memoria extern (secundar) pstreaz toate celelalte programe si date ce trebuie s se afle la dispoziia sistemului de calcul, iar implementarea memoriei externe se face prin echipamente fizice (periferice) de memorie, cum ar fi de exemplu banda magnetic, discuri magnetice de diferite tipuri, uniti de caset magnetic. Unitatea de comand (UC) este cea responsabil cu administrarea si prelucrarea informaiilor n timp ce memoria intern serveste la depozitarea acestora. Unitatea aritmetico-logic (UAL) realizeaz prelucrarea informaiei preluate din memorie, iar rezultatele se depun din nou n memorie sau sunt furnizate n exterior. UAL realizeaz dou categorii de operaii: aritmetice (adunare, scdere, nmulire, mprire); logice ( SI logic, SAU logic, SAU-EXCLUSIV, NEGAIE ). Acest ansamblu unitate de comand plus memorie intern comunic cu exteriorul prin intermediul unitilor de intrare si de iesire. Unitatea de intrare permite introducerea informaiei n calculator. Acestea sunt furnizate de dispozitivul periferic de intrare si transferate spre unitatea comand, prin intermediul tastaturi, cititor de cartele. UI realizeaz totodat conversia reprezentrii informaiei din forma extern accesibil omului (numere, texte, imagini) n format intern binar. Formatul intern este rezultatul utilizrii n construcia calculatoarelor a circuitelor electronice care prezint la iesire numai dou stri stabile (niveluri de tensiune).

Convenional cele dou stri se reprezint prin cifrele binare (bii) 0 si 1. Ca exemplu de uniti de intrare se pot enumera: tastatura, cititor de cartele, cititor de band de hrtie, cititor optic de caractere, etc. Unitatea de iesire realizeaz trimiterea, n exteriorul sistemului de calcul, a rezultatelor prelucrrilor efectuate de unitatea de comand. n cazul n care rezultatele sunt destinate: utilizatorului uman, unitatea de iesire execut conversia din format intern (binar) n format direct accesibil omului (cifre, texte, grafice, imagini); acionrii unor echipamente, unitatea de iesire, prin intermediul unor circuite speciale numite convertoare numeric-analogice genereaz semnale necesare acionrii de echipamente. 1.5. Interaciunea hardware-software Un sistem de calcul electronic reprezint un ansamblu funcional destinat stocrii i prelucrrii informaiei. Pentru realizarea acestor scopuri el este format din dou mari subsisteme: Subsistemul hardware (hard-ul) - care reprezint partea de echipament a sistemului de calcul (partea "tare"). 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. Informaiile codificate. memorate sau prelucrate ntr-un sistem de calcul, poart numele de date. Operaiile ce se pot executa asupra informaiilor ntr-un sistem de calcul sunt: preluarea informaiilor din mediul extern; stocarea informaiilor n mediile de memorare; prelucrarea informaiilor stocate; extragerea informaiilor stocate; livrarea informaiilor n mediul extern; Preluarea informailor din mediul extern se face cu ajutorul unor echipamente specializate (tastatur, scanner, mouse etc.). Prelucrrile ce se pot efectua asupra informaiei preluate din mediul exterior i stocate n mediile de memorare sunt: calcule; operaii de reorganizare a informaiei; operaii de cutare a informaiei; operaii de editare, adic modificarea coninutului sau aspectului informaiei. Livrarea informaiilor stocate ctre mediul exterior este efectuat tot cu ajutorul unor echipamente specializate (terminal video, imprimant, difuzor etc). Fiecare dispozitiv ce intr n alctuirea unui sistem de calcul are un format propriu de reprezentare a informaiei pe care o manevreaz. De exemplu n mediile de memorare a unui sistem de calcul, informaia este reprezentat ntr-un anumit fel pentru a fi vizualizat prin intermediul video-terminalului. Ea este reprezentat n alt fel dac este destinat tipririi cu o imprimant negrafic. Din acest motiv, majoritatea operaiilor de transmitere a informaiei ntre diversele dispozitive ale sistemului de calcul, presupune operaia de conversie a informaiei din formatul propriu al dispozitivului care emite informaia n formatul specific utilizat de dispozitivul care preia informaia. ntr-un sistem de calcul, prelucrarea asupra informaiei se face sub controlul programului. Un program definete secvena de operaii care se efectueaz asupra informaiei n cadrul unei prelucrri. Activitatea tuturor dispozitivelor cuprinse ntr-un sistem de calcul este determinat i supravegheat prin intermediul unor programe. Sistemul de programe este cel care face posibil funcionarea unui sistem de calcul.

Orice activitate de prelucrare a informaiei ntr-un sistem de calcul se face conform unui algoritm de prelucrare. Algoritmul de prelucrare specific toate etapele care trebuie parcurse n prelucrarea informaiilor i ordinea lor de executare.REALITAT E MODE L UTILIZAR E PROGRAM

PROGRAM

ALGORIT M Fig. 1.5.1 Locul algoritmului de prelucrare n elaborarea software-ului

Algoritmul de prelucrare este implementat prin intermediul unui program utiliznd un limbaj de programare (vezi fig. 1.5.1). Limbajul de programare reprezint totalitatea regulilor i instrumentelor care pot fi folosite pentru transformarea unui algoritm ntr-un program prin a crui execuie s se realizeze prelucrarea dorit asupra informaiei. Indiferent de limbajul de programare folosit pentru realizarea lui, orice program sufer o serie de transformri care l aduc la o form de reprezentare proprie sistemului de calcul gazd, form de reprezentare numit program executabil.PROGRAM SURS PROGRAM OBIECT PROGRAM EXECUTA BIL COMPILA TOR

COMPILA TOR

COMPILA TOR

Fig. 1.5.2 Etapele parcurse de un program

n fig. 1.5.2 s-au simbolizat cu dreptunghiuri etapele prin care trece programul utilizator, iar prin elipse componentele (programe deja existente) care contribuie la transformarea succesiv a programului utilizator. Programul-surs este acel program scris ntr-un limbaj accesibil omului. Programul-surs va constitui o informaie de intrare pentru un alt program executabil numit compilator. Acesta va trata numai programul-sursa specific limbajului de programare pentru care a fost creat. Ca ieire din programul-compilator este un format intermediar numit program-obiect. Acesta va fi tratat la rndul su de un alt program preexistent numit editor de legturi, care va rezolva diferite referiri la bibliotecile de subrutine ale sistemului i va lega diferite module scrise de utilizator la momente diferite. n urma acestei operaii rezult programul executabil, cel care va realiza prelucrarea dorit. Pentru eliminarea tuturor erorilor posibile din programul executabil se folosete o alt clas de programe numit depanator. Indiferent de limbajul de programare utilizat pentru scrierea programelor surs, programele executabile au un specific propriu sistemului de calcul pe care ruleaz. Totalitatea programelor executabile de pe un calculator formeaz software-ul sistemului de calcul. Din punct de vedere al utilizrii ei, informaia vehiculat n sistemul de calcul se mparte n dou categorii: datele (informaia care se prelucreaz); programele (informaia care arat cum se fac prelucrrile). Orict de complexe ar fi prelucrrile fcute asupra datelor, ele pot fi descompuse n operaii primare, care pot fi realizate de componentele hardware ale sistemului de calcul. Operaia de stocare

a informaiei binare poate fi realizat cu ajutorul unor componente hardware care, indiferent de fenomenul fizic pe care se bazeaz funcionarea lor, au dou stari stabile. Operaiile aritmetice elementare efectuate asupra informaiei binare pot fi asimilate cu operaiile logice, adic acele operaii care lucreaz cu termeni care pot lua dou valori de adevr. Din acest motiv, circuitele fizice elementare care intr n alctuirea unui sistem de calcul sunt circuite de tipul circuitelor logice, adic acele circuite a cror funcionare poate fi descris printr-o funcie logic. Algebra logic sau algebra boolean (Alfred Bool) este acea ramur a matematicii care s-a dezvoltat mai ales n legatur cu evoluia tehnicii de calcul electronic. Ea ne ofer aparatul matematic pe care se sprijin soluiile constructive adoptate pentru realizarea sistemelor de calcul numerice. 1.6 Sisteme de numeraie utilizate n sistemele informatice Se numete sistem de numeraie totalitatea regulilor de reprezentare a numerelor folosind un anumit set de simboluri distincte, numit alfabet; simbolurile sunt numite cifre. Sistemele de numeraie sunt de dou tipuri: sisteme de numeraie poziionale sisteme de numeraie nepoziionale. Sistemele de numeraie poziionale sunt acele sisteme de numeraie pentru care valoarea unei cifre din cadrul unui numr depinde de poziia ocupat de acea cifr n cadrul numrului. Exemplu: sistemul arab zecimal de numeraie este unul poziional. De exemplu, cifra 7 are valoarea 70 n numrul 41278 i are valoarea 7000 n numrul 27903. Sistemele de numeraie nepoziionale sunt sistemele de numeraie pentru care valoarea unei cifre dintr-un numr nu este unic determinat de poziia cifrei n numr ci de contextul n care se afl cifra. Exemplu: sistemul roman de numeraie este unul nepoziional; valoarea cifrei I n numrul II este +1 iar n numrul IV este 1. Baza unui sistem de numeraie poziional este dat de numrul de elemente care formeaz alfabetul sistemului de numeraie. Se consider c alfabetul este format din cifre care sunt numere ntregi, consecutive, nenegative. Exemplu: sistemul de numeraie n baza 2 are alfabetul {0,1}; sistemul de numeraie n baza 16 are alfabetul {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} Sistemele de numeraie poziionale folosesc acelai sistem de reguli de reprezentare a numerelor; ele difer doar prin alfabetul pe care l utilizeaz i, implicit, prin baz. Metodele de stocare a informaiilor sunt ineficiente atunci cnd informaiile ce trebuie memorate sunt de natur numeric. Pentru nelegere, s presupunem c vrem s stocm nr. 99 sub forma unor simboluri ASCII (fiecare simbol necesita 8 biti), sunt necesari 16 bii, dar observm c acesta este cel mai mare numr stocabil pe 16 bii. O abordare mult mai eficient este stocarea valorii reprezentate n bazele doi (binar), opt(octal), saisprezece (hexazecimal). 1.6.1 Sistemul de numeratie binar Dispozitivele digitale prin natura lor constructiv folosesc sistemul de numeraie binar (baza 2). Sistemul binar utilizeaza evident doar dou caractere (cifre) , 0 si 1, si se bazeaz pe puterile lui 2, exemplificat mai jos:... 210102

2951

2825

2712

2664

2532

2416

238

224

212

201

2-1.5

2-2.25

2-3.125

2-4.0625

2-5.03125

2-6.015625

...

4

2

6

8 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64

Prezentm n continuare cateva exemple de numere scrise n baza 2 i modul lor de conversie (o metoda) in baza 10. De regul pentru a identifica un numar binar se adaug b sau B la sfritul irului numeric. 111b, 10101b, 0.1011b, 1010.0101b Pentru a realiza conversia acestor numere, din baza doi in baza zece, vom proceda astfel : Pentru numerele binare intregi cifra 0 sau 1 de pe pozitia cea mai din dreapta se pozitioneaza pe verticala 20 si apoi catre stanga sunt pozitionate celelalte cifre ale numarului binar. Pentru numerele binare fractionare pentru partea intreaga se procedeaza identic ca mai sus, iar pentru fractionara se pozitioneaza cifra 0 sau 1, prima dupa punctul fractionar pe verticala 2-1 si apoi catre dreapta sunt pozitionate celelalte cifre ale partii fractionare a numarului binar.... 210102 4

2951 2

2825 6

2712 8

2664

2532

2416

238

224

212

201

2-1.5 1/2

2-2.25 1/4

2-3.125 1/8

2-4.0625 1/16

2-5.03125 1/32

2-6.015625 1/64

...

1 1 4 + 2+ 1 0 1 0 16 + 0 + 4 + 0 +

10.3125

= 10 5/16

1 1 = 7 1 1 = 21 0 1 0 1 0.6875 = 11/16 = 1/2 + 0 + 1/8 1 0 1 0 0 1 0 = 8 + 0 + 2 + 0 + 1/4 + 0

1 + 1/16 1 + 1/16

Pentru a realiza conversia unor numere zecimale ( Ex. 75, 25.5625 ) in baza doi vom proceda astfel :... 210102 4

2951 2

2825 6

2712 8

2664 64 1

2532 + 0

2416

238

224 + 0 + 0

212

201

2-1.5 1/2 = 75 + 1 1

2-2.25 1/4

2-3.125 1/8

2-4.0625 1/16

2-5.03125 1/32

2-6.015625 1/64

...

8 0 1 16 + 8 1 1

2 + 1 1 1 1 0 1

+ 0 0

1 1

= 25.5625

Folosind tabelul de mai sus pentru conversia lui 75, cautam valoarea celei mai mari puteri pozitive a lui 2 mai mica/egala decat numarul de convertit 75, aceasta este 64, se face scaderea 75 64 = 11 pentru aceasta valoare se cauta din nou in tabel o valoare a puterilor a lui 2 mai mica/egala si se gaseste 8, se face scaderea 11 - 8 = 3 pentru aceasta valoare se cauta din nou in tabel o valoare a puterilor a lui 2 mai mica/egala si se gaseste 2, se face scaderea 3 2 = 1 pentru aceasta valoare se cauta din nou in tabel o valoare a puterilor a lui 2 mai mica/egala si se gaseste 1. In acest moment am terminat conversia si pentru a identifica numarul binar rezultat, folosind tabelul, procedam astfel, in coloana 64 (26) scriem 1, in coloana 8 (23) scriem 1, in coloana 2 (21) scriem 1, in coloana 1 (20) scriem 1, iar pentru puterile lui doi dintre aceste cifre completam cu zerouri. Pentru conversia lui 25.5625 se procedeaza ca mai sus pentru partea intreaga, iar pentru partea fractionara (0.5625) cautam valoarea celei mai mari puteri a lui 2 mai mica/egala decat numarul de convertit aceasta este 0.5 se face scaderea 0.5625 0.5 = 0.0625 pentru aceasta valoare se cauta din nou in tabel o valoare a puterilor a lui 2 mai mica/egala si se gaseste 0.0625 In acest moment am terminat conversia si pentru a identifica numarul binar rezultat, folosind tabelul, procedam astfel, in coloana 16 (24) scriem 1, in coloana 8 (23) scriem 1, in coloana 1 (20) scriem 1,

in coloana 1 (2-1) scriem , in coloana 1 (2-4) scriem 1, iar pentru puterile lui doi dintre aceste cifre completam cu zerouri. Trebuie precizat faptul ca putem reprezenta exact doar valorile fractionare bazate pe puterile lui 2. De exemplu 0.33(3) nu poate fi reprezentat decat cu o aproximatie mai mare sau mai mica. 0.010101 = 0.0101010001 = 0.010101000111101 = 0.0101010001111010111 = 0.328125 0.329102 0.329986572 0.329999924

Operatiile matematice in binar se efectueaza astfel : Adunarea: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 i transport 1 Scderea : 0- 0=0 0- 1=1 i transport 1 1- 0=1 1- 1=0 nmulirea: 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1 mprirea: o combinaie de nmulire cu scdere ( Adaugarea unui zero n dreapta dempritului este nsoit de de plasarea unui zero la dreapta ctului) Exemplificarea in detaliu a operatiei de adunare in binar : Pentru a aduna dou valori reprezentate n notaia binar, se procedeaz astfel: Se adun cifrele din coloana cea mai din dreapta, se scrie cifra cea mai puin semnificativ a acestei sume sub coloan, se transport cea mai semnificativ cifr a sumei (dac exist) n urmtoarea coloan din stnga i se adun apoi cu cifrele din coloana respectiv. 00111010 + 00011011 Se adun cifrele cele mai din dreapta 0 i 1 i obinem cifra 1, pe care o scriem sub coloana respectiv. 00111010 +00011011 1 Se adun apoi 1 i 1 din coloana urmtoare, obinnd rezultatul 10. Vom scrie 0 sub coloan i vom transfera cifra 1 deasupra coloanei urmtoare. 1 00111010 +00011011 101 Se adun cifrele 1, 0 i 0 din coloana urmtoare, obinnd rezultatul 1, i vom scrie 1 sub coloan. Cifrele din coloana urmtoare 1 i 1 dau ca rezultat al adunrii 10; se va scrie cifra 0 sub coloana respectiv i vom transfera cifra 1 deasupra coloanei urmtoare. 1 00111010 +00011011 0101 Adunm cifrele 1, 1 i 1 din aceast coloan i obinem 11; se va scrie cifra 1 sub coloana respectiv i vom transfera cifra 1 deasupra coloanei urmtoare. 1 00111010 +00011011 10101 Exemplu :

Se va continua n acelai fel, obinnd n final: 00111010 + 00011011 01010101 Observatii : Inmultirea cu 2 a unui numar binar este echivalenta cu adaugarea unui 0 la dreapta sa ; Impartirea cu 2 a unui numar binar este echivalenta cu deplasarea unui punct virtual aflat in dreapta ultimei cifre binare, cu o pozitie la stanga; Valoarea zecimala maxima ce se poate reprezenta pe n biti este 2n 1 (pe 8 biti valoarea maxima este 11111111(2), adica 28 -1 = 255(10) Cateva valori remarcabile in baza doi : 210 = 1024 (1K) ; 220 = 1048576 (1M) ; 230 = 1073741824 (1G) Pentru a afla reprezentarea n binar a unui numar zecimal (baza 10) exist si un algoritm clasic (vezi fig. 1.6.1.1). Algoritmul const n parcurgerea urmtorilor pai: Pasul 1. Se mparte valoarea la doi i se memoreaz restul. Pasul 2. Ct timp ctul obinut difer de zero, se continu mprirea noului ct la doi, memorndu-se restul. Pasul 3. Cnd s-a obinut un ct egal cu zero, reprezentarea n binar a valorii iniiale const din resturile mpririlor afiate de la dreapta la stnga n ordinea n care au fost memorate. rest 1 rest 0 rest 1 rest 1Fig. 1.6.1.1 - Reprezentarea n binar a numrului treisprezece folosind algoritmul clasic

1

1

0

1

1.6.2 Sistemul de numeraie octal Sunt utilizate n sistemul octal caracterele de la 0 - la 7 i se bazeaz pe puterile lui 8 conform exemplificrii de mai jos:

...

86262144

8532768

844096

83512

8264

818

801

8-1.125 1/8

8-2.015625 1/64

8-3.001953125 1/512

8-4,000244140625 1/4096

...

Prezentm n continuare cteva exemple de numere scrise n baza 8 i modul lor de conversie (una dintre metode) n baza 10. De regula pentru a identifica un numar octal se adauga q sau Q la sfarsitul sirului numeric. 7q, 25q, 0.54q, 12.24q Pentru a realiza conversia acestor numere, din baza opt in baza zece, vom proceda astfel : Pentru numerele octale intregi cifra de pe pozitia cea mai din dreapta se pozitioneaza pe verticala 80 si apoi catre stanga sunt pozitionate celelalte cifre ale numarului octal.

Pentru numerele octale fractionare pentru partea intreaga se procedeaza identic ca mai sus, iar pentru partea fractionara se pozitioneaza cifra cea mai din stanga, prima dupa punctul fractionar pe verticala 8-1 si apoi catre dreapta sunt pozitionate celelalte cifre ale partii fractionare a numarului octal. In sistemul octal operatiile aritmetice de baza tin cont de transport spre stanga (la adunare si la inmultire), respectiv de imprumutdin stnga (la scadere si la impartire)... 86262144

8532768

844096

83512

8264

818

801

8-1.125 1/8

8-2.015625 1/64

8-3.001953125 1/512

8-4,000244140625 1/4096

...

0.6875 = 11/16 10.312 = 10 5/16 = 10 20/64

7 7 = 7 2 5 16 + 5 = 21 0 5 = 44/64 = 5/8 + 1 2 2 = 8 + 2 + 2/8 +

4 4/64 4 4/64

Operatiile aritmetice de baza se bazeaza pe transport spre stanga la suma si inmultire, respectiv pe imprumut din stanga - la scadere si impartire Observatii : nmulirea cu 8 a unui numar octal este echivalenta cu adaugarea unui 0 la dreapta sa ; mprirea cu 8 a unui numar octal este echivalenta cu deplasarea unui punct virtual aflat in dreapta ultimei cifre octale, cu o pozitie la stanga. 1.6.3 Sistemul de numeratie hexazecimal n sistemul hexazecimal sunt utilizate caracterele de la 0 - la 9, A (echivalent cu 10), B (echivalent cu 11), C (echivalent cu 12), D (echivalent cu 13), E (echivalent cu 14), F (echivalent cu 15), si se bazeaza pe puterile lui 16 conform exemplificarii de mai jos... 165884736

16455296

1633456

162256

16116

1601

16-1.0625 1/16

16-2.00390625 1/256

16-3.00244140625 1/3456

16-4.00001525878906 1/55296

...

De regula pentru a identifica un numar hexazecimal se adauga h sau H la sfarsitul sirului numeric (alfanumeric). Prezentam in continuare cateva exemple de numere scrise in baza 16 si modul lor de conversie (o metoda) in baza 10. 7h, 15h, 0.Bh, A.5h Pentru a realiza conversia acestor numere, din baza saisprezece in baza zece, vom proceda astfel : Pentru numerele hexazecimale intregi cifra de pe pozitia cea mai din dreapta se pozitioneaza pe verticala 160 si apoi catre stanga sunt pozitionate celelalte cifre ale numarului hexazecimal. Pentru numerele hexazecimale fractionare pentru partea intreaga se procedeaza identic ca mai sus, iar pentru partea zecimala se pozitioneaza cifra cea mai din stanga, prima dupa punctul

fractionar pe verticala 16-1 si apoi catre dreapta sunt pozitionate celelalte cifre ale partii fractionare a numarului hexazecimal.... 165884736

16455296

1633456

162256

16116

1601

16-1.0625 1/16

16-2.00390625 1/256

16-3.00244140625 1/3456

16-4.00001525878906 1/55296

...

1 1 + 0.6875 = 11/16 = =

10 .3125 = 10 5/16

7 7 5 5 = 21 0 B 0 + 11/16 A 5 A + 5/16

Pentru a realiza conversia numerelor din baza doi in baza opt si saisprezece se va proceda astfel: a) Conversia n baza opt. Pentru numerele binare intregi se realizeaza grupe de cate trei cifre, incepand cu pozitia cea mai din dreapta catre stanga, Pentru fiecare grupa, astfel constituita, se calculeaza valoarea in baza doi dupa regula prima pozitie de la dreapta la stanga este 20 , urmatoarea 21 si a treia si cea mai din stanga 22. Pentru numerele binare fractionare, pentru partea intreaga conversia se realizeaza ca mai sus, pentru partea fractionara plecand de la punctul fractionar se realizeaza grupe de cate trei cifre incepand cu pozitia cea mai din stanga catre dreata. Pentru fiecare grupa astfel constituita se calculeaza valoarea in baza doi dupa aceiasi regula ca si la partea intreaga. Exemple: 111010101.1010111(2) = 111/010/101.101/011/1 = 725.534(8) 10111101.00010111(2) = 10/111/101.000/101/11 = 275.056 (8) b) Conversia in baza saisprezece. Pentru numerele binare intregi se realizeaza grupe de cate patrui cifre, incepand cu pozitia cea mai din dreapta catre stanga, Pentru fiecare grupa, astfel constituita, se calculeaza valoarea in baza doi dupa regula prima pozitie de la dreapta la stanga este 20 , urmatoarea 21 , a treia pozitie 22 si a patra pozitie si cea mai din stanga 23. Pentru numerele binare fractionare, pentru partea intreaga conversia se realizeaza ca mai sus, pentru partea fractionara plecand de la punctul fractionar se realizeaza grupe de cate patru cifre incepand cu pozitia cea mai din stanga catre dreata. Pentru fiecare grupa astfel constituita se calculeaza valoarea in baza doi dupa aceiasi regula ca si la partea intreaga. Exemple: 10111101.00011101(2) = 1011/1101.0001/1111 = BD.1F(16) 111010101.0000110111(2) = 1/1101/0101.0000/1101/11 = 1D5.0DC(16) 1.7 Instruciunile i modul lor de executare Activitatea general a unui sistem de calcul const n stocarea i prelucrarea informaiilor. ntregul proces de tratare a informaiei n cadrul unui sistem de calcul are loc conform unui algoritm de prelucrare. Acest algoritm poate fi modelat prin seturi de instruciuni specifice unui limbaj de programare. Instruciunile alctuiesc un program. Indiferent de limbajul de programare utilizat, instruciunile unui program trebuie aduse, printr-un set de transformri succesive, pn la nivelul unui set de comenzi elementare care pot fi executate de sistemul de calcul i care formeaz setul de instruciuni al calculatorului. Aceste instruciuni aparin unui limbaj intern, propriu fiecrui sistem de calcul. Limbajul se numete limbaj-main. Limbajul-main cuprinde un set restrns de instruciuni elementare de forma unor coduri binare de lungime dat.

Componenta sistemului de calcul care realizeaz executarea instruciunilor este unitatea central de prelucrare (UCP). Pentru aceasta, unitatea central de prelucrare trebuie s poat efectua urmtoarele funcii: citirea i scrierea informaiilor n memoria intern (MI); recunoaterea i executarea instruciunilor-main; transmiterea de comenzi celorlalte componente ale sistemului de calcul, realiznd astfel coordonarea funcionrii sistemului de calcul. Formatul instruciunilor specific numrul de cuvinte de memorie utilizate pentru codificarea fiecrui tip de instruciune i semnificaia cmpurilor care formeaz instruciunea. Formatul folosit se stabilete n faza de proiectare a mainii, atunci cnd se proiecteaz setul de instruciuni-main. n general o instruciune-main trebuie s cuprind dou cmpuri: codul operaiei, adic operaia ce trebuie efectuat (operaie aritmetic, logic); zona de adrese, care trebuie s cuprind la rndul ei un numr de adrese pentru operanzi, o adres pentru rezultat i adresa instruciunii care urmeaz. Pentru reducerea lungimii instruciunilor-main s-au stabilit convenii de reprezentare a unei instruciuni. 1). Instruciunea poate opera cu cel mult doi operanzi. 2). Adresa urmtoarei instruciuni ce trebuie executat se citete ntotdeauna dintr-un registru specializat, numit registru-contor de adrese. La executarea fiecrei instruciuni, acest registru este mrit (incrementat) cu lungimea instruciunii pe care a executat-o. 3). ntr-un program ncrcat n memorie, pentru a fi executat, instruciunile succesive se afl la adrese consecutive de memorie. 4). Pentru realizarea unei ramificri n execuia unui program se folosesc instruciuni speciale de salt, care modific valoarea memorat n registrul contor de adres, ncrcnd n acesta valoarea adresei noii instruciuni la care se va face saltul. 5). Adresa de destinaie a unei operaii este identic cu una din adresele-surs, caz n care acest operand-surs este distrus n urma executrii instruciunii. 6). Cel puin una dintre adresele celor doi operanzi trebuie s fie adresa unuia dintre regitrii unitii centrale de prelucrare.Un calculator care respect aceast regul se numete calculator cu o singur adres. Timpul de execuie a unei instruciuni-main este mult mai mic dect timpul de citire a instruciunii din memorie. O condiie de baz pentru proiectarea unui sistem de calcul este creterea vitezei de calcul prin: reducerea timpului de prelucrare, care reprezint numrul de instruciuni-main executate de procesor ntr-o secund; creterea frecvenei de ceas a procesorului. n funcie de lungimea cuvntului de memorie, instruciunile se pot codifica pe unul sau mai multe cuvinte de memorie. Pentru lungimi mari ale cuvntului de memorie se pot codifica chiar mai multe instruciuni pentru un cuvnt de memorie. Lungimea cmpului cod operaie se determin n funcie de numrul total de instruciuni distincte din setul de instruciuni. Lungimea cmpului de adres este determinat de spaiul de memorie al calculatorului. de modul de adresare al memoriei. i de lungimea cuvntului de memorie adresat. Modul de adresare reprezint algoritmul de calcul al adresei operanzilor. Din acest punct de vedere avem: uniti centrale de prelucrare cu dou adrese, adic cu doi operanzi; instruciuni imediate, care nu conin adresa operandului, ci valoarea lui; instruciuni cu un operand memorat n unul din regitrii unitii centrale de prelucrare; instruciuni cu operandul memorat n memoria intern a sistemului de calcul; instruciuni cu operandul memorat ntr-un buffer (zon-tampon) al unui dispozitiv de intrare-ieire, n cazul instruciunilor care execut operaii de intrare-ieire.

Executarea unei instruciuni. Sub controlul unui program i cu datele memorate n memoria intern, unitatea central de prelucrare execut fiecare instruciune n dou etape, ca o secven de pai sincronizai n timp. n figura 2.3.2 putem urmri secvenele: 1). instruciunea se ncarc de UCC 2). decodificare instruciune i emitere ordin ctre UAL 3). citire date 4). Prelucrare 5). Rezultate Citirea instruciunii i pregtirea operanzilor reprezint interpretarea de fapt a instruciunii. n aceast etap se transfer adresa instruciunii de executat din registrul contor-program n registrul de adres al memoriei; de aici se transfer n registrul de instruciuni instruciunea citit din memoria intern. Pentru instruciunile mai lungi secvena se repet. Se modific valoarea memorat n contorul de adrese pentru a puncta urmtoarea instruciune.

UCC REZULTAT E2

1 3 3

PROGRAM

MI DATEREZULTA TE

UAL4

5

Fig. 2.3.2 Execuia unei instruciuni main

Executarea instruciunii presupune executarea unui set de comenzi succesive corespunztoare codului operaiei descrise n instruciunea ce se execut. O comand se concretizeaz ntr-un cuvnt de comand care determin o aciune a unitii aritmetice logice, a memoriei sau a dispozitivelor de intrare-ieire. Aceste comenzi succesive se mai numesc i micro-operaii. O micro-operaie se desfoar pe parcursul unui ciclu-main. Ciclul-main reprezint timpul total necesar executrii comenzii, msurat n impulsuri de tact. Cu ct o instruciune se compune din mai multe micro-operaii, cu att durata ei de execuie crete. Timpul total pentru execuia instruciunii se numete ciclu-instruciune i se msoar tot n impulsuri de tact. Pentru a reduce timpul de execuie al unei instruciuni se poate recurge la executarea concurent a mai multor micro-operaii. Ciclul-instruciune al unui sistem de calcul este cu att mai bun cu ct frecvena impulsurilor de tact este mai mare, cu ct micro-operaiile sunt mai complexe sau cnd micro-operaiile se pot executa concurent. Structura unei instruciuni-main. Codul operaiei reprezint ceea ce trebuie s fac instruciunea respectiv, i acest cod trebuie s se regseasc n setul de coduri admise de unitatea central de prelucrare. Zona operanzilor difer de la o instruciune la alta, dar n principal cuprinde urmtoarele elemente: modul de adresare. adrese operanzi. Modul de adresare al unui operand definete algoritmul de localizare n memorie a operandului.Exist mai multe moduri de adresare:

adresare imediat. adresare prin regitri. adresare prin locaii de memorie. Adresarea este imediat atunci cnd n instruciune se specific valoarea operandului i nu adresa lui. Adresarea prin regitrii este atunci cnd n zona de adres se specific un registru de memorie. n acest caz este necesar ca, n prealabil, registrul respectiv s fie ncrcat cu valoarea dorit. Acest mod de adresare are avantajul unui numr redus de bii (lungime redus a instruciunii), ntruct sunt puini regitri n care se pot gi operanzi.Accesul la regitri este mult mai rapid dect accesul la memorie. Respect condiia ca un operand s fie preluat din registru n cazul sistemului de calcul cu o singur adres. Ca dezavantaj, are loc un schimb permanent de date ntre memorie i regitri, orice operaie ntre cei doi operanzi din memorie executndu-se prin cel puin dou instruciuni-main: una de transfer memorie-registu i alta de operaie efectiv. Adresarea prin locaii de memorie este atunci cnd informaia folosit pentru calculul adresei operandului se preia din memorie. Acest mod de adresare necesit un algoritm de calcul pentru localizarea operandului. Din punct de vedere al algoritmului de calcul avem: adresare direct. adresare indirect. adresare indexat. Adresarea direct informaia din instruciune reprezint chiar locaia unde se memoreaz operandul. Adresarea indirect informaia din instruciune reprezint adresa adresei operandului. Aceast modalitate necesit un ciclu suplimentar de calcul a adresei. Adresarea indexat valoarea din instruciune se adun algebric cu valoarea unui registru pentru a determina adresa operandului. Tipuri de instruciuni-main. Dup operaia pe care o genereaz, avem: instruciuni de transfer de date ntre memorie, regitri sau stiv. instruciuni aritmetice. Orice procesor execut: operaii elementare cu numere ntregi sau cu numere reale, ori operaii complexe, implementate hardware sau software; operaii logice i de deplasare, care lucreaz la nivel de bit, folosite pentru determinarea biilor de control din cuvintele de stare sau pentru realizarea rapid a unor operaii aritmetice (mprirea la 2, nmulirea cu 2). instruciuni de compataie i de salt. Aceste instruciuni genereaz continuarea execuiei programului de la o alt adres dect cea imediat urmtoare. instruciuni de repetare, folosite pentru execuia repetat a unei secvene de instruciuni, folosind o variabil-contor. Aceast variabil memoreaz numrul de cicluri care trebuiesc efectuate. instruciuni de apel procedur, n care, pentru executarea unei proceduri se memoreaz pe stiv adresa de revenire utilizat dup execuia procedurii apelate. instruciuni de intrare-ieire, folosite pentru transferul de date, cu dispozitivele periferice. Conin adresa unui dispozitiv sau a unui registru de interfa cu dispozitivul de intrare-ieire. Dup modul de reprezentare a operanzilor, instruciunile se mpart n: instruciuni n virgul fix. instruciuni n virgul mobil. instruciuni zecimale. instruciuni pe iruri de caractere. instruciuni matriciale. instruciuni care opereaz asupra structurilor de date tabelare.

Orice sistem de calcul cuprinde setul standard de instruciuni, adic instruciunile n virgul fix. Dup forma instruciunii, structura i lungimea ei, instruciunile se mpart n: instruciuni cu format fix - instruciunile au aceeai lungime i implic o structur simpl a procesorului, dar o utilizare ineficient a memoriei; instruciuni cu format variabil, n care lungimea depinde de tipul operanzilor, de numrul de operanzi i de modul de adresare. Pentru executarea unor astfel de instruciuni, procesorul trebuie s determine, la citirea instruciunilor din memorie, lungimea instruciunii i s citeasc, n cicluri succesive, toate cuvintele de memorie aferente instruciunii. Dup modul de adresare al operanzilor, instruciunile pot fi: cu nici o adres - operanzii sunt cutai rapid n stiva sistemului de calcul; cu o singur adres - codific de regul operaii unare; cu dou adrese - pentru operaii binare n care una din adrese este un registru iar cealalt o adres de memorie. Implementarea instruciunilor main n logica de comand a procesorului se face fie prin circuite electronice cablate (care este tehnologia convenional, fiind dependent de densitatea circuitelor electronice, dependent la rndul ei de tehnologia constructiv utilizat), fie prin microprogramare, n care pentru fiecare cod de operie se definete o secven de micro-instruciuni, care genereaz o operaie elementar. 1.8 Algoritmi, scheme logice de calcul Soluionarea unei probleme presupune: Analiza problemei, adic formularea corect i determinarea unei metode de rezolvare a ei, stabilirea algoritmilor de calcul, reprezentarea grafica sub forma de schema logic sau organigram; Programarea, adic reprezentarea schemei logice n limbajul de programare adecvat rezolvrii problemei cu ajutorul calculatorului; Implementarea, adic aplicarea n practic a soluiei. Algoritmii sunt de obicei alei n cadrul fazei de analiz a problemei ce trebuie rezolvat. Astfel dac se d problema (sau clasa de probleme) i mijloacele de calcul de care se dispune (performantele calculatorului ce va fi utilizat), prin algoritm se nelege o metod de soluionare a problemei, metod reprezentat ntr-un limbaj sau / i schem mnemonic, adecvate mijloacelor de calcul disponibile, caracterizat prin generalitate (se aplica cu minime modificri la problemele n clasa respectiv), finalitate (soluia problemei este furnizat dup un numr finit de operaii) i realizabilitatea (adic sunt folosite mijloacele de calcul disponibile). In cazul elaborrii unor algoritmi sunt folosite o serie de structuri i funcii logice printre care: Structura alternativ IF- THEN ELSE ( DAC ATUNCI ALTFEL) care se efectueaz astfel: IF dac este ndeplinit condiia a, THEN , atunci se execut aciunea x, ELSE, altfel se execut aciunea y; Structura repetitiv WHILE DO (ATTA TIMP CT - EXECUT), se efectueaz dup cum urmeaz: WHILE, atta timp ct expresia logic a este ndeplinit, se execut aciunea x. Reprezentarea grafic, pe o schema logic sau organigram, a algoritmilor de calcul , a funciilor booleene, a funciilor arborescente i de ciluri, duce la o nelegere mai buna a modului de soluionare, dect dac s-ar exprima n cuvinte. Schema logic este o reprezentare grafic a proceselor de rezolvare a problemei care folosete diferite figuri geometrice (paralelogram, dreptunghi, romb, cerc, etc) avnd o anumita semnificaie, denumite blocuri, unite prin sgei i / sau conectori care arat modul n care aceste figuri se nlnuiesc i convenii de parcurgere a schemei. Se enumer cteva tipuri de blocuri: bloc

de start, bloc de intrare-ieire (paralelogram), bloc de calcul sau prelucrare (dreptunghi), bloc de decizie (romb).

Capitolul 2 ARHITECTURA UNUI SISTEM DE CALCULDenumirea informatic de arhitectur se refer la structura i componentele fizice ale unui sistem de calcul. Cunoaterea acestora este indispensabil pentru a nelege cum funcioneaz un calculator. Arhitectura definete modul de organizare, de interconectare al unitilor (blocurilor) constitutive ale sistemului de calcul, precum si unitile nssi. Ea reprezint un concept diferit de cel al schemei bloc; schema bloc reprezint un mod particular de realizare hardware, n timp ce arhitectura defineste doar din punct de vedere funcional unitile componente ale sistemului. Un sistem de calcul este un ansamblu alctuit din dou componente principale: componenta hardware (echipamentele fizice componente); componenta software (programele si structurile de date).

Un sistem de calcul modern este cu adevrat un ansamblu de procesoare, memorii, uniti funcionale, reele de interconectare, dispozitive periferice, canale de interconectare precum si compilatoare, sisteme de operare, limbaje de programare, programe utilitare si de aplicaie. Dar, utilizarea unui calculator numeric pentru rezolvarea unei probleme nu necesit neaprat cunoaterea modului n care este construit i nici toate detaliile referitoare la funcionarea sa. Exist totui un minim de cunotine referitoare la construcia i funcionarea sa, fr de care este dificil s se neleag modul lui de utilizare, pe care le vom prezenta n cele ce urmeaz. Din punct de vedere al principalelor pri componente, un calculator poate fi reprezentat prin schema structural din fig. 2.1.Magistrala de ADRESE

UNITATE A CENTRAL

MEMORI E Magistrala de DATE Magistrala de CONTROL

INTERFA A I/E

ECHIPAME NTE PERIFERICE

UC

Fig. 2.1 Schema structural a unui calculator

2.1. Unitatea central Unitatea central reprezint elementul central de comand i control al ntregului sistem de calcul. Progresele realizate n organizarea acesteia au determinat sporirea performanelor calculatorului. Unitatea central este de fapt creierul care coordoneaz ntreaga activitate a unui calculator personal. De aici se solicit informaii pe care utilizatorul le va introduce de la tastatur sau se afieaz rezultatele pe monitor. Tot n unitatea central sunt realizate prelucrrile de date, prin executarea unui program. Privind la echipamentul de calcul, din partea din fa se pot distinge urmtoarele elemente hardware: carcasa calculatorului (case): este o cutie din metal n interiorul creia se afl componentele de baz ale unui echipament de calcul. Forma carcasei poate fi de mai multe tipuri: desktop, minitower, mid-tower, full-tower, slim, book.

Pe panoul frontal al carcasei se afl urmtoarele elemente: Butonul POWER : permite punerea sub tensiune a echipamentului de calcul, ct i deconectarea acestuia.

Butonul RESET: permite rencrcarea sistemului de operare; memoria de lucru este tears, ca i cum echipamentul ar fi fost scos de sub tensiune. Este util n cazurile n care echipamentul de calcul s-a blocat, sau pentru efectuarea anumitor configurri. Butonul TURBO permite comutarea ntre cele dou frecvene de lucru ale calculatorului. Apsarea sa este corelat cu afiajul electronic care indic viteza efectiv de lucru. Se prefer lucrul la viteza cea mai mare. Afiajul electronic: indic frecvena de lucru (msurat n MHz) curent a calculatorului; se coreleaz cu butonul TURBO. La unele echipamente de calcul nu este afiat viteza, ci cuvintele HI (high) care nseamn viteza cea mai mare i LO (low) care nseamn viteza cea mai mic. Locaul KEYLOCK: n acest loca se introduce cheia prin care poate fi blocat tastatura. Se utilizeaz ca msur de securitate pentru a mpiedica accesul persoanelor neautorizate la calculator. Nu este o msur foarte eficient deoarece cheiele mai multor calculatoare nu difer ntre ele i este foarte probabil ca cineva interesat n a accesa echipamentul de calcul s i fac rost uor de o chei. Unitatea pentru dischet: loca pentru introducerea dischetelor. Unitatea pentru CD-ROM/DVD-ROM: loca pentru introducerea discurilor. n interior unitatea central (UC) este structurat n dou pri componente: a) Unitatea aritmetic logic (UAL), Este un ansamblu de circuite logice care compun unitatea funcional a sistemului de calcul. Ea are rolul de a realiza toate operaiile aritmetice i logice asupra datelor. Unitatea aritmetic logic preia operanzii cu care lucreaz din registrele specializate ale unitii centrale de prelucrare. n general unitatea aritmetic logic primete la intrare doi operanzi i un cod de operaie. Ea furnizeaz la ieire un rezultat i un set de informaii suplimentare despre rezultat, concretizate n aa-numiii indicatori de condiii. Aceti indicatori pot fi testai cu instruciuni specializate, determinnd prelucrri diferite n program. Aceti indicatori se reprezint pe cte un bit, fiind spre exemplu: bitul de transport, poziionat n cazul n care a aprut un transport la o operaie de adunare; bitul de depire, care se poziioneaz dac rezultatul a fost mai mare dect valoarea maxim admis n modul de reprezentare ales; bitul de zero, se poziioneaz dac rezultatul este nul. Este folosit n instruciunile de comparare care se execut prin scderea elementelor comparate, egalitatea fiind confirmat de poziionarea bitului de zero; bitul de paritate, intervine la biii de control i specific paritatea rezultatului; bitul de semn, care definete semnul rezultatului, fiind poziionat cnd rezultatul este negativ. b) Unitatea de comand (UC), numit i unitatea de comand i control (UCC) conine logica de comand pentru execuia instruciunilor din registrul de instruciuni. Ea determin secvena de operaii elementare ce trebuie executate de unitatea central de prelucrare. Unitatea de comand primete la intrare semnale de stare, determinate de instruciunea care se execut i genereaz semnale de comand care determi-n executarea operaiilor necesare. Unitatea de comand folosete generatorul semnalelor de tact, numit i ceasul sistemului de calcul. Frecvena semnalelor de tact generate determin viteza cu care acioneaz componentele sincrone ale sistemului de calcul. n cazul procesoarelor mai noi, frecvena ceasului este multiplicat n interiorul procesorului, acesta lucrnd la viteze mai mari dect componentele externe lui. La procesoarele din seria 486 DX2 a fost dublat frecvena semnalelor de ceas de la 33 MHz la 66 MHz, la 486 DX4 a fost triplat de la 33 MHz la 100 MHz, dar n fond a rmas acelai ceas. Importana deosebit a unitii centrale este evident, aadar este uor de neles de ce caracteristicile principale ale unui calculator personal sunt date de caracteristicile i parametrii de funcionare ai UC. 2.2. Memoria

ntr-un sistem de calcul, memoria reprezint componenta funcional destinat pstrrii informaiei. Informaia memorat este format din programele i datele necesare utilizatorului sistemului de calcul. Memoria se interpune ntre celelalte componente funcionale ale sistemului de calcul. Astfel, informaiile preluate n calculator prin intermediul unitilor de intrare sunt stocate mai nti n memorie, de unde sunt preluate de celelalte uniti funcionale ale sistemului de calcul (procesorul, unitile de ieire). Informaia memorat se compune din: secvene de instruciuni (programe); datele preluate din mediul exterior sistemului de calcul; rezultate intermediare obinute n timpul prelucrrii datelor; informaii rezultate n urma execuiei programelor care, de regul, vor fi transmise mediului exterior prin dispozitivele de ieire. Din punct de vedere al memoriei nu este deosebit de important natura informaiei memorate, ci modul de stocare, i mai ales regsirea acesteia. Fizic, memoria este constituit din elemente care pot avea dou stri stabile: 0 sau 1. Rezult c putem defini memoria ca pe o succesiune de dispozitive logice elementare, capabile s rein fiecare o valoare binara, adic un bit (1b) de informaie. Funcional, memoria poate fi privit ca o niruire de bii care se caracterizeaz prin valoare i prin poziia (adresa) lor n aceast secven. Prin construcia sistemului de calcul, accesul la informaia din memorie se poate realiza, la nivelul unui grup de bii numit locaie de memorie. Locaia de memorie este deci unitatea adresabil a memoriei. Fiecare locaie de memorie se caracterizeaz n mod unic prin: adresa ei n memorie; cantitatea de informaie pe care o poate memora, msurat n numr de bii; de regula este vorba de un numr de 8 bii, adic de un octet sau de 1 Byte (1B). 1). Caracteristici ale memoriei 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. Capacitatea memoriei reprezint numrul maxim de bii de informaie care pot fi memorai la un moment dat. Altfel spus, capacitatea de memorie este dat de numrul total de locaii de memorie. Ca unitate de msur se folosesc multiplii Byte-ului, n funcie de ordinul de mrime al memoriei. informaie care caracterizeaz diferitele generaii de calculatoare. Timpul de acces la memorie. Orice acces la memorie este precedat de furnizarea de ctre procesor a adresei de memorie, unde se va face operaia de scriere sau citire. Timpul de acces la memorie reprezint intervalul scurs ntre momentul furnizrii adresei de ctre procesor i momentul obinerii informaiei. 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 minim necesar ntre dou accesri succesive la memorie. Aceasta cuprinde timpul rezervat accesului propriu-zis, dar i timpii "de regie" ai unitii de memorie, necesari pentru desvrirea acestuia. Viteza de transfer se mai numete i rata de transfer. Rata de transfer este similar unui debit, care reprezint viteza cu care se furnizeaz o informaie. Viteza de transfer reprezint numrul de uniti de informaie transferate n unitatea de timp. Se msoar n octei sau multipli de octei pe secund. Viteza de transfer poate fi mbuntit dac accesarea unei

2). 3).

4).

5). 6).

adrese de memorie este urmat nu de citirea unui singur cuvnt de memorie, ci de citirea mai multor cuvinte succesive. 7). Costul este preul memoriei raportat la capacitatea de memorare. Clasificri ale memoriei Modul de realizare a accesului la o locaie de memorie depinde de operaiile ce se execut pentru obinerea informaiilor de la adresa dat, de sensul transferului i de parametrii fizici ai memoriei. n funcie de aceste elemente memoriile pot fi clasificate: a) Dup tipul de acces, memoriile pot fi: cu acces direct (aleator): 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. cu acces poziional, n care sunt necesare operaii de poziionare care preced accesul la memorie. n acest caz timpul de acces depinde de adres b) Dup posibilitatea conservrii informaiei la ntreruperea tensiunii de alimentare, memoriile pot fi: volatile, la care informaia se pierde la ntreruperea tensiunii de alimentare (exemplu memoria cu semiconductori); nevolatile, la care informaia se conserv la ntreruperea tensiunii de alimentare (exemplu memoria cu ferite); c) Dup tehnologia de realizare memoriile pot fi: 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. memorii cu semiconductori. Informaia este memorat folosind circuite care permit sau nu trecerea curentului electric. Aceste memorii sunt volatile i pentru a nu se pierde informaia 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, care face apel la o baterie suplimentar (surs de putere nentreruptibil - UPS) pentru salvarea datelor pe un suport de memorie nevolatil. Aceste memorii nu au citirea distructiv. d) Dup operaiile care pot fi executate, acestea pot fi: memorii cu citire-scriere (read-write). Care permit att scrierea ct i citirea informaiilor din memorie. Memoria RAM este o memorie de tipul citire-scriere (readwrite); 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. 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. Aceste memorii ROM sunt de mai multe tipuri:

memorii PROM , sunt memorii programabile de ctre utilizator, care nu conin informaii scrise din fabricaie; memorii EPROM, sunt programabile de ctre utilizator, dar care pot fi terse i renscrise cu alte informaii.

Ierarhizarea memoriilor Pornind de la funciile realizate de fiecare tip de memorie, de la rolul i locul ocupat n sistemul de calcul putem distinge mai multe categorii de memorii. Registrele de memorie reprezint dispozitivele de memorie cele mai rapide, dar i cele mai scumpe. Sunt utilizate de procesor avnd o destinaie precis, adic memoreaz numai anumite tipuri de informaie. Din acest motiv, pentru ca procesorul s realizeze o anumit operaie, este accesat un anumit registru, i anume acela care memoreaz tipul de informaie dorit. n acest fel nu este necesar ca registrul s fie accesat prin adres, fapt care mrete viteza de acces la informaia memorat n registre. Pot exista ns i registre nespecializate, numite registre generale, care pot fi utilizate explicit prin instruciuni-program. Capacitatea registrului depinde de tipul procesorului, i nu depete de obicei lungimea cuvntului de memorie. Numrul de registre de memorie este mic, utilizndu-se de regul 16-20 registre. Memoria intern conine programele i datele pentru toate procesele n curs de execuie n sistemul de calcul. Ct timp funcioneaz procesorul, el citete i scrie date n aceasta memorie. Memoria intern este o memorie read-write cu acces direct (RAM). Ea trebuie s aib un timp de acces redus, pentru a nu ntrzia activitatea procesorului. Tipuri de memorie din aceast categorie sunt: Memorii DRAM (Dynamic Random Access Memory), sunt memorii RAM dinamice. Sunt memorii n care, pentru a se pstra informaia, periodic trebuie restabilit sarcina electrica cu care a fost ncrcat condensatorul circuitului de memorie. Pentru aceasta este necesar un circuit de remprosptarea memoriei. Memorii SRAM (S=static), sunt memorii RAM statice. Sunt memorii realizate din circuite bistabile de memorie, care pstraz informaia atta timp ct sistemul este sub tensiune. La calculatoarele PC, cipurile de memorie sunt ansamblate pe plci de memorie numite SIMM (Single Inline Memory Modul) sau DIMM (Dual Inline Memory Modul). Aceste bancuri de memorie se instaleaz n placa de baz a PC-ului, 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. Memoria cache este o memorie specializat, utilizat n scopul scderii timpului de acces la informaiile din memoria intern. Ea este o memorie de capacitate mic i vitez mare, inserat logic ntre procesor i memoria principal. Constructiv, memoria cache este o memorie mai rapid dect memoria principal, facut de regul din circuite SRAM. i acest tip de memorie poate fi estins prin adugarea de cipuri suplimentare de memorie. Utilizarea memoriei cache se bazeaz pe dou caracteristici ale execuiei programelor n sistemele de calcul clasice, i anume: Programele tind s utilizeze date i instruciuni situate unele lng altele sau n zone apropiate (principiul vecintii). Programele folosesc n mod repetat adresarea la aceleai blocuri de memorie. Plecnd de la aceste constatri, memoria cache conine la un moment dat copii ale unor informaii din memoria principal. nainte de orice acces la memoria principal se verific dac nu cumva informaia cutat se gasete 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 i este gestionat de un program sistem specializat, numit EMM386.EXE (n sistemul de operare MS-DOS). Memoria extins este memoria suplimentar accesibil utilizatorului prin mecanismul XMS (eXtended Memory Specification), care poate fi implementat pe procesoare care lucreaz cu cuvinte de adres de 32 biti. Programele trebuie scrise ca utiliznd special aceste mecanisme. Programul sistem care gestioneaz acest tip de memorie n sistemul de operare MS-DOS este HIMEM.SYS. Memoria extern. Pentru a utiliza informaiile memorate n memoria extern ele trebuie adus e nti n memoria principal. Prin comparaie cu memoria intern, 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, de regul disc magnetic, i 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 externa este o memorie de arhivare, ceea ce nseamn c 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. Tot n memoria extern sunt stocate i programele cu ajutorul crora se realizeaz prelucrarea datelor. n comparaie cu memoria intern, memoria extern este: 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 la memoria extern nu se face direct, ci prin intermediul memoriei interne. Se folosesc n prezent dou tehnologii de realizare a mediului de memorare pentru memorii interne: tehnologia magnetic. tehnologia optic. Suporii de memorare utilizai sunt: discul/banda magnetic. discul optic. Tehnica de memorare bazat pe proprieti magnetice este asemntoare tehnicii de realizare a nregistrrilor de sunet de pe banda magnetic. Spre deosebire de sunet, care este un semnal analogic, informaia memorat n calculator este digital (iruri de bii 0 sau 1). Materialul magnetic se depune pe suprafaa suportului fizic de memorare sub forma unor matrici de puncte care pot fi sau nu magnetizate. Fiecare bit de informaie reprezint starea magnetizat/nemagnetizat a punctului respectiv Pentru a nregistra informaia, se utilizeaz un dispozitiv numit cap de citire-scriere, prin care circul un curent electric. Variaia curentului electric n capul de citire-scriere genereaz un cmp electromagnetic ce magnetizeaz stratul magnetic depus pe suportul de informaii. La citire are loc procesul invers. Cmpul magnetic al punctelor din

stratul magnetic induce n capul de citire-scriere un curent electric variabil. Acest curent furnizeaz informaia memorat n stratul magnetic. n cazul memoriilor optice, materialul care acoper suportul fizic este ars cu un fascicol laser puternic atunci cnd se scriu informaiile pe suport. Citirea informaiilor se bazeaz pe reflexia unei raze laser, reflexie care este difuz n zonele arse i puternic n zonele nearse. Observm c la acest tip de echipamente scrierea informaiilor se face cu un dispozitiv, iar citirea cu alt dispozitiv. Banda magnetic este mediul tradiional de arhivare. Are capaciti ntre 20-40 GB. Dispozitivele curente, cu preuri mai accesibile, sunt de 3-10 GB. Pentru calculatoarele PC, acest echipament este cunoscut sub numele de streamer. La acest dispozitiv este folosit banda magnetic ncasetat. Trebuie fcut deosebirea dintre banda magnetic, dispozitiv (derulator sau echipament) i banda magnetic, suport de informaie (panglica acoperit cu strat magnetic). Mecanismul (derulorul) cuprinde: dispozitivul de antrenare, care realizeaz poziionarea benzii n aciunile de localizare, accelerare /frnare, rebobinare i deplasare cu vitez constant circuitele de comand dispozitivul pentru realizarea schimbului de informaie. Aceste dispozitive sunt: cap de scriere, cap de citire i cap de tergere. Din punct de vedere al organizrii fizice a informaiei banda magnetic este mprit transversal ntr-un numr de nou piste sau canale. Fiecare caracter este nregistrat transversal pe band, cte un bit pe fiecare din primele 8 piste, a noua pist fiind folosit pentru a nregistra informaia redundant aferent bitului de paritate. Informaia se nregistreaz pe band, n grupe contigui de caractere numite blocuri fizice. Blocurile fizice constituie unitatea adresabil pe banda magnetic. Accesul la o anumit adres de pe band este precedat de poziionarea la nceputul blocului cu adresa solicitat. Blocurile fizice sunt separate ntre ele prin zone nenregistrate, de lungime fix, numite GAP-uri. Un GAP este folosit ca spaiu de frnare sau accelerare pentru mecanismul de antrenare la poziionarea pe un anumit bloc. Pentru optimizarea utilizrii benzii magnetice trebuie ca raportul dintre spaiul ocupat de blocurile fizice i spaiul total de pe band s fie ct mai mare (lungimea GAP-urilor s fie minim). Principala caracteristic funcional a benzii magnetice o reprezint densitatea de nregistrare, adic numrul de octei memorai pe unitatea de msur a lungimii benzii. Densitatea de nregistrare se msoar n octei pe inch, unitatea de msur avnd simbolul BPI (byte per inch). Blocul fizic este unitatea de transfer a informaiei cu memoria intern. Blocurile conin informaie redundant pentru realizarea controlului de paritate prin sistemul paritate incruciat. Acest mecanism de control permite verificarea corectitudinii transferului ntre dispozitivele periferice i memoria principal. Biii citii intr ntr-un algoritm de calcul al paritii, iar rezultatul acestui algoritm este comparat cu informaia de paritate citit de pe suport. n caz de coinciden nseamn c operaia s-a defaurat corect, iar n caz de diferen, operaia se reia. Accesul la informaia de pe band magnetic este de tipul poziional, avnd n plus restricia de secvenialitate. Pentru accesul la blocul "n" de pe band este necesar parcurgerea celor "n-1" blocuri care l preced. Din acest motiv, timpul de acces la o anumit informaie nu este constant, ci depinde de distana dintre poziia curent de pe band (blocul curent) i poziia pe band a informaiei dorite. Parcurgerea benzii magnetice pentru localizare pe un bloc se face ntotdeauna ntr-un singur sens: de la primul la ultimul bloc. Principalul inconvenient pentru utilizarea benzii magnetice este timpul de acces mai mare utilizat, datorit accesului secvenial la informaie. Discul magnetic. Discurile magnetice sunt formate din una sau mai multe plci circulare, care constituie suportul pentru substana magnetic ce memoreaz informaia. Aceste plci circulare formeaz volumul de disc. n funcie de gradul de mobilitate, discurile pot fi: fixe (amovibile). mobile (movibile).

Pentru a fi utilizat, un volum de disc, se monteaz pe o unitate de disc care cuprinde: mecanismul de antrenare a discului, care asigur rotirea continu a discului cu o vitez constant; mecanismul de susinere i manevrare a capetelor de citire-scriere; mecanismul de acces la informaie, care este constituit din capetele de citire-scriere; mecanismul de control al unitii. Pe un volum de disc, informaia se memoreaz pe feele active, adic pe acele fee ale plcilor circulare care sunt acoperite cu substant magnetic de memorare. Un volum de disc format dintr-o singur plac circular are dou fee active, iar la volumele cu mai multe plci se scad cele dou fee exterioare. Numrul feelor active este o constant constructiv a pachetului de discuri. Suprafaa fiecrei fee active este divizat n coroane circulare, concentrice, numite piste. Acestea reprezint suprafeele pe care se realizeaz efectiv memorarea informaiei. Pentru accesul la informaia memorat este necesar s existe posibilitatea de poziionare a capetelor de citire-scriere pe fiecare pist. Numrul de piste este dat de numrul de poziionri distincte care pot fi realizate de ctre un cap de citire-scriere de-a lungul razei plcii circulare. Volumele cu mai multe plci circulare au acelai numr de piste pe fiecare fa activ. Informaia se memoreaz n lungul unei piste a discului, existnd o poziie iniial marcat fizic. Pe fiecare pist este memorat acelai numr de caractere, indiferent de lungimea pistei. n cazul discurilor cu mai multe plci circulare, pentru a uura identificarea unei piste, se introduce noiunea de cilindru. Un cilindru este format din toate pistele care au aceeai raz de pe toate feele active ale discului. Cilindrii se numeroteaz ncepnd de la exterior spre interior. Numrul de piste reprezint a doua constant constructiv a discului. Fiecare pist este mprita n mai multe sectoare. Sectorul reprezint unitatea adresabil a discului. Toate pistele unui cilindru conin acelai numr de sectoare. Poziionarea la nceputul sectorului se face prin rotirea volumului de disc prin faa capetelor de citire-scriere. Sectorul este unitatea de schimb de informnaie cu memoria intern. Pe parcursul schimbului de informaie, discul se rotete cu aceeai vitez prin faa capetelor de citire-scriere. Numrul de octei care se pot memora ntr-un sector al discului este fix, indiferent de poziia sectorului pe disc. Capacitatea unui disc se obine prin produsul dintre numrul de octei din sector, numrul de sectoare, numrul de piste i numrul de fee active. Informaia este organizat pe disc pe trei nivele de acces: cilindrul. pist din cilindru. sectorul de pe pist. Mecanismul de acces la informaie este realizat de capetele de citire-scriere. Accesul la informaia memorat pe discurile magnetice se face prin poziionarea capetelor de citire scriere n dreptul sectorului dorit de pe pista i cilindrul cerut, concomitent cu micarea de rotire a volumului de disc. Discheta (discul flexibil sau floppy disk-ul, prescurtat FD) este un disc dintr-un material flexibil pe care este depus un strat de substant usor magnetizabil, cu dou suprafete utile. Discul magnetizabil este protejat de o anvelop dintr-un material plastic, ale crei dimensiuni au evoluat de la 8 x 8 inch i 5 1/4 x 5 1/4 inch la 3 1/2 x 3 1/2 inch, pentru dischetele cu anvelop rigid care se folosesc n prezent (1 inch = 2.54 cm). Discheta are un sistem de antrenare care face posibil rotirea ei n unitate iar anvelopa are o deschidere care permite capului de citire-scriere al unittii s opereze asupra dischetei, n zona dorit. O dischet este organizat pe piste concentrice, fiecare pist fiind mprtit n sectoare. Deci o operatie de citire-scriere va fi efectuat asupra unui sector. Densitatea de nregistrare a evoluat cronologic de la densitate simpl (SD, Simple Density) i dubl (DD, Double Density) la densitatea nalt (HD) folosit astzi, a crei realizare tehnic este mai preformant dect precedentele. Fiecare tip de dischet, n functie de dimensiune i densitatea de nregistrare, are un anumit numr de piste i de sectoare pe pist. Acestea se stabilesc la formatare, operatia de pregtire a dischetei pentru nregistrare de informatii. Astfel, se poate determina capacitatea de nregistrare a dischetei ca numarul de piste ( numrul de sectoare pe pist)

numrul de octei pe sector. Primele dischete (cu densitate simpl) folosite la PC-uri aveau o capacitate de 360 KO, n timp ce capacitatea uzual este n prezent de 1.44 MO. Pentru operatia de formatare (care determin stergerea vechiului continut al dischetei), sistemele de operare pentru mini- i microcalculatoare ofer o comand special - format. 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). Hard-disk-ul este construit dintr-un numr de cinci pn la zece discuri fixe, montate n paralel pe un ax comun, cu suficient spaiu ntre ele nct s permit accesul capetelor de citire/scriere. Deoarece aceste discuri sunt rigide, ele sunt cunoscute sub numele de hard-disc. n cazul acestor sisteme (hard-disc) capetele de citire/scriere nu ating suprafaa discului, ceea ce-i permite acestuia viteze mari de rotaie. Distana dintre capetele de citire/scriere i suprafaa dischetei este foarte mic, astfel nct o particul de praf se poate bloca ntre cap i suprafaa discului deteriorndu-le pe amndou. Pentru prevenirea acestui fenomen hard-discul este nchis ntr-o carcas etan. Memorii externe pe suport optic. Unitile de discuri compacte (CD-urile) funcioneaz pe baza fenomenelor electro-optice, folosind o tehnologie laser. In general, suportul de nregistrare este nereutilizabil scrierea fiind o operaie ireversibil. Din aceast cauz, unitile se mai numesc CDROM-uri. Exist ns i alte tipuri, i anume: CD-WORM (Write One, Read Many) CD-R (Recordable), unde informaia poate fi i scris. CD-ROM-urile se realizeaz de ctre productori, informaia fiind inregistrat pe o pist unic, n spiral. Citirea se face secvenial. Sunt utilizate pentru distribuia de software. Se realizeaz un etalon, care este utilizat la producerea matriei cu care sunt create apoi copiile pentru distribuie. Aceste CD-uri au un cost foarte sczut, reducnd costul de distribuie a software-ului. Capacitatea uzual a unui CD este de 650 MB. CD-WORM - sunt folosite pentru arhivare, scrierea fcndu-se o singur dat. Toate datele care se memoreaz trebuie s fie disponibile n memoria intern n momentul scrierii. CD-R - este folosit pentru arhivare, putndu-se scrie n continuare. Capacitatea de stocare a CD-urilor este mare, datorit densitii ridicate, ajungndu-se pn la 16.000 TPI (piste pe inch). Informaia pe suport este mult mai stabil, garantat cca. 10 ani. Suprafaa fiind protejat de un strat transparent de material plastic, suportul nu este afectat astfel de umiditate, temperatur sau cmpuri magnetice. ntre capul de citire i suprafaa discului este o distan de civa milimetri, aproximativ de 2.000 de ori mai mare dect la hard-discuri, de unde rezult o protecie mai bun a capului de citire-scriere. CD-urile sunt mult mai fiabile. O mare parte din spaiul CD-ului este rezervat memorrii informaiilor suplimentare pentru corectarea i detectarea erorilor. n cosecin rezult o serie de dezavantaje pentru CD-uri: timp de acces mai mare dect la hard-discuri; o rat de transfer a informaiei mai mic dect la hard-discuri. 2.3. Procesorul Performanele unui sistem de calcul sunt determinate de performantele procesorului, adic de complexitatea setului de instruciuni, viteza de execuie a instruciunilor, frecvena de ceas, numrul de regitrii, 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. Cronologic, PC-urile din seria 286 aprute din 1982 foloseau magistrale de 16 bii i aveau o vitez de ceas de 8-16 MHz.

Prin 1985 apar seriile 386 SX, cu magistral local pe 16 bii, i 386 DX, cu magistral local pe 32 bii. La acestea din urm viteza procesorului depea viteza memoriei. Acest neajuns sa 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, care are 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 i are conectori de extensie legai la magistrala local pentru echipamente cu vitez mare de lucru. Prin 1993 apare seria PENTIUM, care folosete o tehnologie 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. Procesoarele Pentium. In 1993, Intel a lansat microprocesorul Pentium. Dei multa lume astepta ca noul cip s se numeasca 80586, aliniindu-se la celelalte cipuri din familia de microprocesoare Intel, compania a optat pentru numele Pentium. Acest nume ceva mai ciudat, are probabil la origine o decizie a Curii Federale, care a stabilt ca numele 386 este generic i descrie un tip de produse, nu un produs care aparine unui anumit producator. Ca urmare, 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 s-a rupt de familia 386/486, avnd o interfa pe 64 de biti n locul conexiunilor pe 32 de biti ale microprocesoarelor mai vechi. Totusi, in interior, microprocesorul Pentium folosea tehnologia pe 32 de biti, dar ntr-un mod mai puin obinuit. In locul unei singure uniti centrale de prelucrare pe 32 de biti, microprocesor ul Pentium coninea cipuri 486, interconectate prin circuite care ii partajeaza sarcinile Pentru a mbunti colaborarea dintre microprocesorul Pentium i restul PC-ului, firma Intel a incorporat in cip o memorie cache de 16 KB. Acesta memorie cache este organizata complet diferit fata de cea a microprocesoarelor 486. ea este efectiv mprit n dou, 8 kb fiind folosii ca buffer pentru date, i 8 kb pentru instruciuni. Acest model reprezinta o cale mai buna prin care datele sunt folosite pentru prelucrare. 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, in exact aceleai moduri de operare. Cu alte cuvinte, microprocesorul Pentium se iniializeaza in modul real, apoi poate fi comutat in modurile protejat i virtual 8086 (i inapoi). Setul de instruciuni al microprocesorului Pentium include toate comenzile folosite de circuitul 486, la care se adaug instruciuni proprii. Principala diferen dintre Pentium i microprocesoarele precedente (i cea mai interesanta din punct de vedere al modernizrii) este viteza mai mare. Primele cipuri 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 interna de 66 Mhz a celor mai rapide cipuri Intel 486 cu dublarea frecventei de ceas, Intel s-a apropiat de scopul propus, obtinand rezultatele cu aproximativ 80% mai repede in cazul aplicatiilor DOS. a doua generatie de microprocesoare Pentium, lansata in 1994, a adus doua inovatii. Cipurile lucrau la viteze mai mari, gratie unui multiplicator de ceas intern. 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 logica la 3,3 voli. In afara acestor modificri, noile microprocesoare Pentium erau identice cu cele anterioare. Pentru a profita de avantajele oferite de viteza mai mare , fabricanii plcilor de baza trebuiau sa-i reproiecteze produsele pentru ca acestea s accepte tensiunile mai mici cerute de cip-

uri. Ca soluie de moment, unele companii au dezvoltat placi adaptoarre, care asigura corespondenta dintre microprocesoarele Pentium la 3,3 voli i soclurile la 5 voli. Ctre sfritul anului 1994, Intel a dezvaluit faptul ca microprocesoarele Pentium conin o eroare de proiectare in unitatea cu virgul mobil - la mprirea anumitor numere se obin rezultate gresite. Lipsurile departamentului de relaii cu publicul al firmei Intel a facut notorie o asemenea eroare de proiectare. Dei majoritatea aplicaiilor nu sunt afectate de aceasta eroare, la presiunile intense ale presei, firma Intel a anuntat o politica de inlocuire a cipurilor defecte. Aceasta eroere exista numai in primele doua versiuni ale cipului, care opereaza la 60 i 66 Mhz. In ianuarie 1997, firma Intel a lansat primul microprocesor Pentium MMX. Primele cipuri Pentium MMX operau la 166 sau 200 de Mhz cu magistrala externa de 66 Mhz. Aa cum sugera i numele, noul cip recunotea setul de instruciuni MMX, pe care le trata ca instruciuni pentru coprocesor. In plus, Intel a dublat dimensiunea memoriei cache primare inglobate in 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. Pentru a obine viteza sa maxim, cipul trebuia s execute instruciuni MMX, ceea ce nseamn programe scrise cu astfel de instruciuni. Intel a lansat un program de certificare pentru a identifica produsele software care foloseau instruciuni MMX, astfel nct s se poat recunoate uor aplicaiile ce pot beneficia de tehnologia MMX. Recunoscut sub numele de cod P6, Pentium Pro marcheaz o ruptur dramatic fa de cipurile Intel anterioare. Fiind complet reproiectat, acest microprocesor renun complet la arhitectura clasic CISC a firmei Intel n favoarea vitezei oferite de arhitectura RISC. Folosind propriile circuite interne, microprocesorul convertete instruciunile Intel clasice n micro-operaii care pot fi prelucrate n nucleul RISC pentru a obine viteze mai mari de prelucrare a codului. In ciuda proiectului su revoluionar, nucleul logic al microprocesorului Pentium Pro este considerat a fi ultimul cip Intel clasic. Microprocesorul Pentium II, 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. At tehnologia MMX, ct i arhitectura pe 32 de biti a microprocesorului Pentium Pro necesit programe noi, specializate, care s profite de aceste avantaje. Tipuri de procesoare. Procesoarele sunt mprite de regul dup setul de instruciuni, astfel: Procesoarele CISC (Complex Instructions Set Computer). Sunt procesoare cu set complet de instruciuni, cu format variabil, care permit un numr mare de moduri de adresare. Executarea unei instruciuni presupune efectuarea mai multor operaii n mai multe cicluri-main. Procesoarele rezultate sunt complexe, cu un numr mare de cablaje care realizeaz implementarea setului de instruciuni. Aceste procesoare utilizeaz eficient memoria intern. Un exemplu este tipul MMX de la procesorul Pentium care are un set extins de instruciuni pentru multimedia. Procesoarele RISC (Reduce Instructions Set Computer). Sunt procesoare cu set redus de instruciuni, care au instruciuni elementare, majoritatea putnd fi executate ntr-o singur perioad de ceas. Instruciunile au lungime fix, folosind un singur acces la memorie. Au un numr minim de moduri de adresare i, n compensaie, un numr mare de regitri n care se depun operanzii. Instruciunile lucreaz cu operanzii de preferat n regitri, operaiile fiind elementare. Datorit simplitii operaiilor elementare, pot fi construite uniti de prelucrare paralele rezultnd execuia simultan a mai multor instruciuni. Cu aceste procesoare se implementeaz tehnica PIPE-LINE

de executare a instruciunilor, n care, n fiecare perioad de ceas se preia cte o instruciune. La un moment dat sunt n execuie mai multe instruciuni, n diverse stadii. Acest mecanism a fost preluat de INTEL ncepnd cu seria 486. Setul de regitrii. Un registru este n esen o mic memorie, cu destinaie special. Spre deosebire de o locaie de memorie, un registru de memorie ofer un acces rapid, fiind uor de adresat. Ca zone de memorie, registrii sunt utilizai pentru memorarea unui anume gen de informaie asupra creia se opereaz ntr-un anumit mod. Acetia sunt regitrii specializai.Tot ca zone de memorie, regitrii sunt folosii drept zone de prelucrare a datelor de ctre unitatea aritmetic-logic i n transferul datelor cu memoria intern. Tot regitrii generali sunt folosii i n transferul de informaii cu echipamentele de intrare-ieire. Numrul regitrilor din unitatea central de prelucrare este diferit de la un procesor la altul. Exist un numr de regitri la dispoziia utilizatorului, care pot fi folosii prin intermediul setului de instruciuni. n plus exist regitri folosii exclusiv de ctre unitatea central de prelucrare i la care utilizatorul nu are acces (registrul segment, folosit pentru localizarea segmentelor de memorie n care sunt memorate informaiile). n funcie de tipul de informaie care se vrea localizat, avem: registrul segment de cod registrul segment de date registrul extrasegment, folosit pentru suplimentarea dimensiunii segmentului de date registrul segment de stiv, folosit pentru localizarea stivei n memoria intern. Alte categorii de regitri sunt regitrii de lucru cu memoria intern: registrul de adres al memoriei conine adresa locaiei de memorie care va fi accesat la un moment dat. Orice operaie cu memoria se realizeaz prin consultarea informaiei din acest registru; registrul de date conine cuvntul de date sau de instruciune care a fost citit din memoria intern sau care va fi scris n memoria intern; registrul acumulator (pot fi mai multe) memoreaz operanzi i rezultate ale operaiilor executate de unaitatea aritmetic logic n procesul de calcul; registrul de index, utilizat n cazul adresrii indexate i a modurilor de adresare derivate din acesta; registrul contor-program, conine adresa instruciunii ce trebuie executat dup terminarea execuiei instruciunii curente. Coninutul lui se mrete cu lungimea instruciunii executate sau se ncarc adresa unei instruciuni la care se face un salt. registrul de instruciune conine zona care descrie codul operaiei i modul de adresare din instruciunea curent. Aceast informaie este folosit de unitatea de comand a unitii centrale de prelucrare; registrul indicator de stiv conine adresa vrfului stivei, valoarea lui, modificndu-se ori de cte ori se depun sau se extrag informaii din stiv. Registrul de stare al procesorului, care memoreaz cuvntul de stare al procesorului ce