EIA Georgescu

download EIA Georgescu

of 88

description

ssdfsdfsrefrfrf

Transcript of EIA Georgescu

  • Universitatea Dunrea de Jos Galai

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT

    Conf. dr. ec. Cristian Georgescu

  • CUPRINS

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 3

    CUPRINS

    CAPITOLUL 1. NOIUNI INTRODUCTIVE ...................................5

    1.1. Calculatoare numerice........................................................................... 5

    1.2. Interaciunea hardware-software .......................................................... 6

    1.3. ntrebri ................................................................................................... 8

    CAPITOLUL 2. STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL 10

    2.1. Dispozitive de intrare/iesire................................................................. 10

    2.2. Memoria................................................................................................. 11

    2.3. Unitatea central .................................................................................. 19

    2.4. ntrebri ................................................................................................. 26

    CAPITOLUL 3. CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI 28

    3.1. Sisteme de numeraie .......................................................................... 28

    3.2. Reprezentarea n calculator a numerelor ntregi ............................... 28

    3.3. Reprezentarea n virgul mobil ......................................................... 30

    3.4. Reprezentarea zecimal....................................................................... 31

    3.5. Codificartea datelor.............................................................................. 32

    3.6. ntrebri ................................................................................................. 39

  • CUPRINS

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 4

    CAPITOLUL 4. COMPONENTA SOFTWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL 41

    4.1. Ierarhia componentelor software ........................................................41

    4.2. Sistemul de operare .............................................................................44

    4.3. Sisteme de operare pentru calculatoare personale ..........................52

    4.4. ntrebri .................................................................................................62

    CAPITOLUL 5. REELE DE CALCULATOARE. ........................65

    5.1. Teletransmisia i teleprelucrarea datelor...........................................65

    5.2. Reele de calculatoare..........................................................................70

    5.3. Arhitectura reelei Internet...................................................................75

    5.4. ntrebri .................................................................................................85

  • NOIUNI INTRODUCTIVE

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 5

    UI

    M

    UAL UE

    UCC

    Capitolul 1. NOIUNI INTRODUCTIVE

    1.1. 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 20, 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.

    Figura 1.1. Schema von Neumann a calculatorului numeric

  • NOIUNI INTRODUCTIVE

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 6

    Structura unui calculator numeric a fost definit n anul 1945 de ctre von Neumann.

    n figura 1.1 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 de comand i control (UCC) este componenta care coordoneaz

    ntreaga activitate din sistemul de calcul. Unitatea de iesire (UE) permite transferarea informaiilor n mediul extern

    (monitorul, imprimanta, etc).

    1.2. 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) reprezint partea de echipament a sistemului de calcul. Subsistemul software (soft-ul) reprezint partea de programe a sistemului de calcul. Subsistemul dataware reprezint structurile de date stocate n memoria intern i extern. Datele sunt fapte, imagini, sunete, generic spus orice informaie codificat i memorat sau prelucrat ntr-un sistem de calcul. Operaiile ce se pot executa asupra datelor ntr-un sistem de calcul sunt:

    preluarea lor din mediul extern; stocarea lor n mediile de memorare; prelucrarea datelor stocate; extragerea datelor stocate i livrarea lor n mediul extern.

    Preluarea datelor din mediul extern se face cu ajutorul unor echipamente specializate (tastatur, scanner, mouse etc.). Prelucrrile ce se pot efectua asupra datelor preluate din mediul exterior i stocate n mediile de memorare sunt: calcule;

    operaii de reorganizare; operaii de cutare; operaii de editare.

    Livrarea datelor 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 datelor pe care le manevreaz. De exemplu, n mediile de memorare ale unui sistem de calcul, datele sunt reprezentate ntr-un anumit fel pentru a fi stocate n memoria intern i n alt fel dac sunt stocate n memoria extern. Din acest motiv, operaiile de transmitere a datelor ntre diversele

  • NOIUNI INTRODUCTIVE

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 7

    dispozitive ale sistemului de calcul presupun conversia lor din formatul propriu al dispozitivului care emite n formatul specific utilizat de dispozitivul care preia datele. ntr-un sistem de calcul, prelucrarea datelor se face sub controlul programului. Un program definete secvena de operaii care se efectueaz asupra datelor 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 ntr-un sistem de calcul se face conform unui algoritm de prelucrare. Algoritmul de prelucrare specific toate etapele care trebuie parcurse n prelucrarea datelor i ordinea lor de executare.

    Figura 1.2. Locul algoritmului de prelucrare n elaborarea software-ului Algoritmul de prelucrare este implementat prin intermediul unui program utiliznd un limbaj de programare. Limbajul de programare reprezint totalitatea regulilor i instrumemntelor care pot fi folosite pentru transformarea unui algoritm ntr-un program prin a crui execuie s se realizeze prelucrarea dorit asupra datelor. 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, numit program executabil.

    Figura 1.3. Etapele parcurse de un program. n figura 1.3 s-au simbolizat cu dreptunghiuri etapele prin care trece programul utilizatorului, iar prin elipse componentele (programe deja existente) care contribuie la transformarea succesiv a programului scris de 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.

  • NOIUNI INTRODUCTIVE

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 8

    Ieirea din programului compilator este reprezentat de un program ntr-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 datelor 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 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.

    1.3. ntrebri 1. Care este unitatea elementar de reprezentare a informaiei ntr-un sistem de calcul:

    a) byte-ul b) bitul c) octetul d) locaia de memorie.

    2. Datele sunt stocate n memoria sistemului de calcul n reprezentare: a) binar b) octal c) zecimal d) hexazecimal.

    3. 1 KB este egal cu:

  • NOIUNI INTRODUCTIVE

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 9

    a) 1000 octei b) 1024 octei c) 1024 bii d) 1000 bii.

    4. Ce este un calculator numeric?

    5. Prezentai diferenele dintre hardware-ul i software-ul unui sistem de calcul.

    6. Ce operaii se pot executa ntr-un sistem de calcul?

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 10

    Capitolul 2. STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    2.1. Dispozitive de intrare/iesire

    Tastatura este dispozitivul care permite introducerea datelor sub form de caractere, similar cu maina de scris. Prin succesiunea/ combinaia de caractere introduse se pot furniza sistemului de calcul att date ct i comenzi sau programe. Pe lng tastele care reprezint cifre i litere, tastatura conine i o serie de taste funcionale, crora le sunt ataate diferite prelucrri (funcii). Aceste funcii sunt specifice sistemelor de operare n care este utilizat tastatura. Mouse-ul este un dispozitiv folosit de regul n mediile puternic interactive, bazate pe interfee grafice sau semigrafice. Principiul de funcionare se bazeaz pe transformarea deplasrilor dispozitivului pe o suprafa plan n coordonate ale punctelor de pe ecranul calculatorului. Dispozitivul conine dou (trei) butoane i eventual o roti prin a cror acionare se trimit semnale ce se adaug coordonatelor obinute prin poziionare. Din aceast categorie mai fac parte joystick-ul, care transform micrile stnga-dreapta i fa-spate ale unei manete n deplasri ale cursorului pe ecran i touch pad-ul care asociaz atingerile i deplasrile degetului pe o suprafa sensibil cu deplasrile cursorului pe ecran . Tot din aceast categorie fac parte i alte dispozitive dedicate, complexe, care intr mai mult n categoria simulatoarelor dect n cea a dispozitivelor standard de intrare. Ecranul (tubul catodic) are ca principiu de funcionare fluorescena substanei de pe suprafaa ecranului la bombardarea cu un fascicol de electroni direcionat ntr-un cmp magnetic, principiu folosit i la fomarea imaginii la televizor. Imaginea format pe ecranul video are o remanen sczut i din aceast cauz ea trebuie renprosptat. Pentru aceasta se ataeaz terminalului video o memorie, n care se stocheaz informaia ce trebuie afiat pe ecran. Memoria este explorat i reafiat cu o anumit frecven, astfel nct imaginea format pe ecran s dea impresia de stabilitate. Printre numeroasele caracteristici ale unui terminal video se numar fineea imaginii. Aceasta este dat de numrul de spoturi (pixeli) afiate pe unitatea de suprafa. Numrul de pixeli pe vertical i pe orizontal determin clasificarea terminalelor n diferite categorii (standarde). Pixelului i sunt ataate informaii de poziie i informaii de culoare. Tot din aceast categorie fac parte i ecranul de tip LCD (Liquid Crystal Display) la care imaginea se formeaz prin aranjarea cristalelor lichide (substan cu proprieti speciale) ntr-un cmp electric sau tuoch screen-ul care reprezint o combinaie ntre ecranul LCD i tuoch pad. Imprimanta. Este un echipament de ieire care transfer datele din sistemul de calcul pe suport de hrtie. n funcie de tehnologia de tiprire imprimantele pot fi:

    cu tambur (band) de caractere matriciale cu jet de cerneal

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 11

    laser. n funcie de dimensiunea colii de hrtie cele mai rspndite sunt:

    imprimante ce utilizeaz hrtie format A3 imprimante ce utilizeaz hrtie format A4

    n funcie de cromartica afirii distingem: imprimante color imprimante monocrome

    n funcie de posibilitile de afiare imprimantele pot fi: grafice alfanumerice

    Cei mai importani parametrii sunt viteza de imprimare msurat n caractere/sec. , linii/min. sau pagini/min., i calitatea imprimrii.

    2.2. Memoria

    ntr-un sistem de calcul, memoria reprezint componenta funcional destinat pstrrii datelor i programelor necesare utilizatorului sistemului de calcul. Memoria se interpune ntre celelalte componente funcionale ale sistemului de calcul. Astfel, datele i programele 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 instructiuni (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 valoarea 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).

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 12

    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. i caracterizeaz diferitele generaii de calculatoare. 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 (MB, GB, TB). 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 ale memoriei. Aceasta cuprinde timpul rezervat accesului propriu-zis, dar i timpii suplimentari 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 adrese de memorie este urmat nu de citirea unui singur cuvnt de memorie, ci de citirea mai multor cuvinte succesive. 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:

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 13

    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. Aceste memorii nu au citirea distructiv. Pentru protejarea tuturor infirmaiilor, la nivelul ntregului sistem de calcul, trebuie s existe un program pentru avaria de alimentare, care face apel la o baterie suplimentar (surs de putere nentreruptibil - UPS) pentru salvarea datelor pe un suport de memorie nevolatil.

    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 (read-write);

    memorii permanente, numite ROM (Read Only Memory). Sunt memorii care, n principiu, permit doar operaiile de citire a informatiilor 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;

    memorii EEPROM, sunt memorii EPROM la care tergerea se realizeaz cu un semnal electric i sunt cunoscute sub numele de memorii flash.

    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, ilustrate n figura 2.1. 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 date. Din acest motiv, pentru ca procesorul s realizeze o anumit

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 14

    operaie, este accesat un anumit registru, i anume acela care memoreaz tipul de dat 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.

    Figura 2.1. Ierarhizarea memoriei. Pot exista ns i registre nespecializate, numite registre generale, care pot fi utilizate explicit prin instruciuni ale programelor. 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 functioneaz procesorul, el citete i scrie date n aceast memorie. Memoria intern este o memorie read-write cu acces direct (RAM- Random Access Memory). 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) - 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 (Static Random Access Memory) - 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, fcut 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:

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 15

    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 extern. Pentru a utiliza informaiile memorate n memoria extern ele trebuie aduse nti n memoria principal. Prin comparaie cu memoria intern, memoria extern se caracterizeaz prin vitez de acces mai sczut, cost 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 corespunztori celor dou tehnologii sunt: discul/banda magnetic. discul optic.

    Memorii externe cu tehnologie magnetic.

    Tehnica de memorare bazat pe proprieti magnetice este asemntoare tehnicii de realizare a nregistrrilor de sunet de pe banda magnetic. Spre deosebire de sunet,

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 16

    care este un semnal analogic, informaia memorat n calculator este digital (format din 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 magnetica este mediul tradiional de arhivare. Are capaciti ntre 20-40 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 informatie.

    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 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

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 17

    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 mare, datorat 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. Dac placa pe care se depune stratul magnetic este una singur i realizat dintr-un material flexibil discul magnetic poart numele de floppy-disk. Dac plcile sunt rigide dispozitivul de memorie se numete hard-disk. Organizarea logic a discurilor flexibile este similar cu cea a discurilor dure. n funcie de mobilitatea suportului, discurile pot fi: fixe (amovibile) i mobile (movibile). Plci circulare ale unui disc dur formeaz volumul de disc. 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.

    La discurile dure actuale suportul magnetic este ncasetat cu celelalte dispozitive. La discurile flexibile este separat. 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 n 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 mprtita n mai multe sectoare. Sectorul reprezint unitatea adresabil

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 18

    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 niveluri 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. Memorii externe cu tehnologie 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 CD-ROM-uri. Exist ns mai multe tipuri, i anume: CD-ROM (Read Only), CD-R (Recordable) unde informaia poate fi i scris, CD-RW (Rewritable) la care informaia poate fi tears i renscris. 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, muzic, filme, etc.. 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-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; rat de transfer a informaiei mai mic dect la hard-discuri.

    DVD-ul (Digital Video Disc) este un suport similar cu CD-ul unde nregistrarea se face

    pe o pist n spiral mprit n sectoare egale, dar pe ambele fee i pe dou straturi. Principiul de citire este asemntor, cu observaia c primul strat este parial transparent, permind trecerea razei laser pentru accesarea informaiilor de pe al doilea strat. Este realizat n variante constructive similare: DVD-ROM (Read Only), DVD-R (Recordable) i DVD-RW (Read-Write).

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 19

    2.3. Unitatea central

    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. Componena 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. Instruciunea poate opera cu cel mult doi operanzi. 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. ntr-un program ncrcat n memorie, pentru a fi executat, instruciunile succesive se afl la adrese consecutive de memorie. 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. 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. 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.

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 20

    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. 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. Citirea instruciunii i pregtirea operanzilor care 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. 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

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 21

    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 regitri 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 gsi 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 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 regiti n care se depun operanzii. Instruciunile

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 22

    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.

    Structura procesorului. Componentele funcionale ale unitii centrale de prelucrare sunt: (figura 2.2.) Setul de regitri. 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 registreu segment de stiv, folosit pentru localizarea stivei n memoria intern.

    n figura 2.2 componentele marcate cu prescurtri sunt: MD - magistrala de date RA - registru de adres MI - memoria intern RD - registrul de date RI - registrul de instruciuni RACC registrul acumulator RSP - registrul de stiv UAL - unitatea aritmetic logic UCC - unitatea de comand 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;

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 23

    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 sintetizeaz starea sistemului la un moment dat ; aici se memoreaz informaii

    Figura 2.2. Unitatea central de prelucrare.

    privind procesul n curs de execuie, iar coninutul acestui registru se salveaz n memoria intern n cazul ntreruperii procesului, pentru a fi rencrcat n cazul relurii procesului ntrerupt.

    Unitatea aritmetic logic. Este un ansamblu de circuite logice care compun unitatea funcional a sistemului de calcul. Ea are rolul de a realiza toate operaiile aritmetice i

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 24

    logice asupra datelor. Unitatea aritmetic logic preia operanzii cu care lucreaz din registrele specializate a 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. Unitatea de comand i control, numit i unitatea de comand (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 i control 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 i control 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 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. Magistralele unitii centrale de prelucrare. Reprezint linii pasive care interconecteaz componentele funcionale ale sistemului n vederea schimbului de informaii ntre ele. Schimbul de informaii prin intermediul magistralelor utilizeaz transmisia n paralel, adic magistrala este format din n linii pe care se transmit concomitent n bii de informaie. La un moment dat, pe o magistral se poate executa un singur transfer de date de un anumit tip. n funcie de natura informaiilor transferate, magistralele pot fi:

    magistrale de adrese, care conin linii de adrese pe care se transfer informaiile de adres;

    magistrale de comenzi, care conin linii de comenzi i de stare; magistrale de date, care conin linii de date.

    O anumit categorie de sisteme de calcul este aceea care folosete magistrala unic. n acest caz, toate resursele sistemului sunt conectate la aceast magistral. Ea este alctuit din linii grupate n:

    linii de adrese. linii de date. linii de comenzi i de stare.

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 25

    Dezavantajul, n acest caz, este c la un moment dat se poate efectua doar un singur transfer de un anumit tip. n sistemele de calcul cu magistrale multiple o magistral leag o pereche de uniti funcionale ce trebuie s comunice ntre ele. O astfel de organizare permite transferul de informaii n paralel ntr-o perioad de ceas, ntre mai multe uniti, pe magistrale diferite.Dup sensul transferului de informaii, magistralele pot fi:

    unidirecionale, cnd transferul se realizeaz ntr-un singur sens (ex.: magistrala de adres, care are ca destinaie ntotdeauna registrul de adres);

    bidirecionale, cnd informaia poate fi vehiculat n ambele sensuri, alternativ (ex. magistrala de date).

    Magistralele se caracterizeaz prin: numrul de linii pe care se face transferul de informaii; frecvena de ceas la care lucreaz; rata de transfer a datelor; arhitectura magistralei.

    Sisteme de calcul cu procesoare multiple. Necesitatea creterii vitezei de prelucrare a unui sistem de calcul a dus la ideea prelucrrii n paralel a instruciunilor unui program n execuie. Pentru a fi posibil acest lucru a fost necesar modificarea structurii unitii centrale de prelucrare a sistemului de calcul. Au rezultat urmtoarele variante de sisteme de calcul: Sisteme de calcul cu procesor vectorial. Sunt sisteme de calcul multiprocesor. Sistemele de calcul sunt dotate cu mai multe procesoare care partajeaz o memorie intern comun. Procesoarele sunt independente, fiecare rulnd un alt program. n cazul aplicaiilor n care se dorete executarea acelorai prelucrri pe seturi de date diferite, se pot utiliza sisteme de calcul cu memorie intern i unitate de comand unice, un singur registru contor program, dar cu mai multe uniti aritmetice logice.O unitate central de prelucrare cu aceast structur execut un singur program la un moment dat, dar simultan, pentru mai multe seturi de date. Sisteme de calcul cu uniti de calcul multiple. n cazul n care unitatea central de prelucrare este dotat cu cte o unitate aritmetic logic specializat pentru fiecare tip de operaie aritmetic, se pot realiza n paralel instruciunile care corespund cte unei uniti specializate. n acest caz trebuie s existe un analizor care s distribuie instruciunile spre execuie unitilor aritmetice specializate. Un alt mod de organizare a unitii centrale de prelucrare este structura PIPE-LINE. n acest caz fiecare etap de execuie a unor instruciuni se realizeaz pe o alt unitate. De exemplu unitatea de citire a instruciunii din memoria intern n registrul de instruciuni, unitatea de citire a operanzilor din memoria intern n registrul de date, unitatea de execuie a instruciunii etc. Fiecare unitate folosete informaiile furnizate de unitatea funcional anterioar i pregtete date pentru unitatea funcional care i succede. La un moment dat, un astfel de sistem poate executa n paralel mai multe instruciuni, fiecare instruciune fiind n alt stadiu de execuie, aplicat fiind unei alte uniti funcionale. Un caz general este utilizarea n sistemele de calcul a unor procesoare dedicate unor anumite echipamente, cum ar fi procesoarele grafice sau procesoarele de intrare-ieire, numite i canale de intrare-ieire. Acestea execut funcii de lucru cu periferia sistemului de calcul n paralel cu unitatea central de prelucrare, utiliznd un set propriu de instruciuni.

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 26

    Procesorul de tip bit-slice. Aceast tehnologie a fost folosit pe vremea cnd procesoarele (unitile centrale de prelucrare) performante erau scumpe. S-a optat atunci pentru alipirea (slice=lipire) mai multor uniti centrale de prelucrare de dimensiuni i performane reduse pentru a realiza un procesor puternic. Spre exemplu pentru realizarea unui procesor de 16 bii se foloseau 4 procesoare de 4 bii. Fiecare procesor de 4 bii avea propriul su set de instruciuni, diferit de setul de instruciuni al procesorului rezultat. Adaptarea celor dou seturi de instruciuni s-a efectuat prin microprogramare. 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 regitri, tipurile de date folosite, modurile de adresare a datelor. Performanele procesorului trebuie corelate cu performanele celorlalte componente ale sistemului de calcul. n primul rnd, n ceea ce privete viteza de operare pentru magistral, memorie, echipamente periferice, iar n al doilea rnd cu domeniul de utilizare a sistemului de calcul.

    2.4. ntrebri 1. Sistemele de calcul numerice prelucreaz datele codificate:

    a) prin analogie cu mrimi fizice b) n form alfanumeric c) sub form discret d) n cod main.

    2. Care este structura unui calculator numeric, aa cum a fost definit de von Neumann: a) hardware, programe, informaii, comunicaii, oameni b) uniti de intrare, uniti de ieire, uniti de informaie, uniti de prelucrare c) hardware, software, firmware, date, oameni d) unitatea de intrare, memoria, unitatea aritmetic logic, unitatea central, unitatea

    de ieire. 3. Componenta harware include partea de _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ a sistemului de calcul,

    componenta software include partea de _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i componenta firmware include partea de _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .

    4. Dup tehnologia de tiprire folosit, imprimantele pot fi: a) _________________________________________ b) _________________________________________ c) _________________________________________ d) _________________________________________ .

    5. Sunt caracteristici ale memoriei : a) capacitatea, ciclul de memorie, costul, timpul de acces, viteza de transfer. b) ciclul de memorie, costul, densitatea de nregistrare, timpul de acces, viteza de

    transfer. c) capacitatea, costul, densitatea de nregistrare, timpul de rspuns, viteza de transfer. d) ciclul de memorie, costul, densitatea de nregistrare, timpul de rspuns, viteza de

    transfer.

  • STRUCTURA HARDWARE A UNUI SISTEM DE CALCUL

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 27

    6. Dup funciile ndeplinite i n ordinea cresctoare sau descresctoare a caracteristicilor lor, tipurile de memorie pot fi ierarhizate astfel: a) registrele, memoria cache, memoria principal, memoria secundar, memoria

    suplimentar b) registrele, memoria cache, memoria intern, memoria extern, memoria virtual c) registrele, memoria principal, memoria secundar, memoria virtual, memoria

    extins d) registrele, memoria cache, memoria expandat, memoria extins, memoria de

    arhivare. 7. Unitatea adresabil de date, pe banda magnetic, este:

    a) pista b) octetul c) blocul d) bitul.

    8. Elementele de structur ale unui disc magnetic, n ordinea raportului de incluziune, sunt: a) cilindri, piste, sectoare, fee active b) fee active, piste, sectoare, cilindri c) fee active, cilindri, piste, sectoare d) piste, sectoare, fee active, cilindri.

    9. n care dintre variantele urmtoare s-a strecurat un tip eronat de registru: a) registru de adres, registru de date, registru contor program, registru acumulator b) registru de stare, registru de segment, registru de date, registru de adres c) registru segment de cod, registru segment de date, registru segment de stiv,

    registru extrasegment d) registru general, registru de date, registru de cod, registru de instruciuni.

    10. Viteza procesorului se msoar n: a) KWh b) MB c) MHz d) TPI.

    11. Componenta firmware este stocat n memoria: a) ROM b) RAM c) Clipboard d) Cache.

    12. Componenta ROM-BIOS face parte din: a) hardware b) software c) firmware d) dataware.

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 28

    Capitolul 3. CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    3.1. Sisteme de numeraie

    Un sistem de numeraie este format din totalitatea regulilor de reprezentare a numerelor cu ajutorul unor simboluri numite cifre. Sistemele de numeraie pot fi poziionale sau nepoziionale. Spre exemplu. sistemul de numeraie roman poate fi considerat nepoziional ntru-ct simbolurile folosite au, cu cteva excepii, aceiai semnificaie care nu depinde de poziionarea lor n irul de simboluri.

    n sistemele poziionale fiecrei poziii i este alocat o pondere care este de regul o putere a bazei de numeraie folosite. Setul de simboluri (cifrele) este redus i depinde de baza de numeraie. n mod curent se folosete baza de numeraie 10 care are zece simboluri reprezentate de cifrele de la 0 la 9. Ponderile alocate fiecrei poziii din sirul de cifre sunt puteri ale lui 10, pornind cu 100.

    Conversia unui numr zecimal ntr-o baz de numeraie oarecare se face prin impriri succesive la baza de numeraie, pn cnd dempritul este mai mic dect baza de numeraie, rezultatul fiind obinut prin resturile luate n ordine invers. Reguli de conversie rapid. Conversia din baza 16 n baza 2 se face prin reprezentarea fiecrei cifre hexa n binar,

    pe patru poziii. Conversia din baza 8 n baza 2 se face prin reprezentarea fiecrei cifre octale n binar

    pe trei poziii. Un numr binar se convertete n baza 16 grupnd, de la dreapta la stnga, cte patru

    poziii binare, grupe pe care le vom reprezenta n hexazecimal . Conversia unui numr binar n baza 8 se face prin gruparea cifrelor binare n cte trei

    poziii, fiecare grup reprezentndu-se n octal.

    3.2. Reprezentarea n calculator a numerelor ntregi

    Sistemul de numeraie utilizat pentru reprezentarea datelor n tehnica electronic de calcul este sistemul binar. Reprezentarea numerelor n acest sistem se poate face n mai multe forme, n funcie de mulimea creia i aparine numrul. Operaiile (calculele) sunt efectuate fie de dispozitive aritmetice specializate pentru fiecare mod de reprezentare, fie prin succesiunea conversie-calcul-conversie, n cazul n care sistemul de calcul nu dispune dect de un singur dispozitiv specializat pentru calcul.

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 29

    Reprezentarea numerelor naturale este numit i reprezentarea aritmetic, i se realizeaz pe lungimi standard, de 8, 16, 32, 64 poziii binare. Dac se cunoate numrul de poziii binare pe care se reprezint un numr natural, se poate stabili numrul maxim admis care poate fi reprezentat. Acest numr maxim se obine prin ocuparea tuturor poziiilor disponibile cu cifra 1. Reprezentarea numerelor ntregi este numit i reprezentarea algebric. Ea este asemntoare reprezentrii aritmetice, cu deosebirea c prima poziie este ocupat de semnul reprezentrii. Prin convenie, dac poziia de semn este 0, numrul este pozitiv, iar dac este 1 numrul este negativ. Pe n poziii binare, un numr ntreg este reprezentat ca n figura urmtoare:

    De regul, numerele ntregi se reprezint pe 8, 16, 32 i 64 bii. Cunoscnd numrul de poziii binare pe care se reprezint un numr ntreg, se poate determina intervalul admis pentru aceast reprezentare. De exemplu, adunarea numerelor ntregi se efectueaz n binar; dispozitivul aritmetic al sistemului de calcul ce efectueaz operaia de adunare se numete SUMATOR. Pentru a nu se construi hardware un dispozitiv suplimentar care s efectueze scderea, aceast operaie revine tot sumatorului, cu condiia ca scderea s fie transformat ntr-o adunare, adic: a b = a + (- b) Reprezentarea numerelor negative se poate face n trei forme, astfel: n cod direct, adic reprezentare prin mrime i semn, care coincide cu reprezentarea

    numerelor ntregi, avnd cifra 1 n poziia alocat semnului, urmat de cifrele binare ale numrului.

    n cod invers, adic reprezentarea n complement fa de 1. Fiecare cifr binar dintr-un numr reprezentat n cod invers este complementul fa de 1.

    n cod complementar, complementul fa de 2, n care fiecare cifr binar schimb starea, adunnd apoi 1 la cifra cea mai puin semnificativ.

    Toate aceste reprezentri au aprut din necesitatea uurrii operaiilor aritmetice. Scderea efectuat ca o adunare prin reprezentarea scztorului n cod invers sau n cod complementar impune urmtoarele observaii: dac rezultatul scderii este un numr negativ acesta va fi reprezentat n acelai cod n

    care a fost reprezentat scztorul; dac n urma operaiei apare transport de la prima poziie, care este alocat pentru semn,

    acesta se va aduna la cifra cea mai puin semnificativ a rezultatului, dac operaia s-a efectuat n cod invers, respectiv se ignor dac operaia s-a efectiuat n cod complementar.

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 30

    3.3. Reprezentarea n virgul mobil

    Numerele reale se reprezint ntr-un sistem de calcul sub form fracionar, prin intermediul reprezentrii n virgul mobil (flotant). Forma general de reprezentare a unui numr binar n virgul mobil este:

    Unde: N - numrul + - semnul (pozitiv sau negativ) f - partea fracionar b - baza de numeraie e - exponentul (puterea)

    Aceast form se numete form normalizat ce utilizeaz tehnica bitului ascuns. Reprezentarea numerelor reale n virgul mobil se poate face n dou forme: virgul mobil simpl precizie (pe 32 bii) virgul mobil dubl precizie (pe 64 bii). Forma de reprezentare n simpl precizie se prezint astfel:

    Unde:

    S bitul de semn care respect aceeai condiie ca la numerele ntregi: 0 pentru numerele pozitive, 1 pentru cele negative

    C caracteristica e exponentul M mantisa (partea fracionar) Pentru a nu se ocupa nc o poziie binar pentru semnul exponentului s-a introdus noiunea de caracteristic, care este reprezentarea exponentului n exces de 127. Rezult n urma acestei convenii, c, dac C 127, exponentul e 0, iar dac C < 127, atunci e < 0. Lungimea mantisei reprezint de fapt precizia de reprezentare a numrului. Forma de reprezentare n dubl precizie folosete un numr de 53 de bii pentru mantis:

    Unde: S bitul de semn C caracteristica M mantisa

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 31

    Att la numerele n simpl precizie ct i la cele n dubl precizie, partea fracionar este aliniat stnga, adic de la virgul. La formatul de reprezentare n virgul mobil se observ c cifra 1 din faa virgulei nu se reprezint. Acest lucru se va avea n vedere cnd se va interpreta numrul real exprimat n virgul mobil i reprezint tehnica bitului ascuns.

    3.4. Reprezentarea zecimal Se realizeaz prin exprimarea fiecrei cifre zecimale printr-o tetrad (4 poziii) binar, conform unui anumit cod numeric. Deoarece ntr-un sistem de calcul orice numr se poate reprezenta pe un multiplu de 8 cifre binare, reprezentarea zecimal are dou forme: zecimal condensat (mpachetat), cnd pe 8 cifre binare se reprezint cte 2 cifre

    zecimale, ficare pe cte 4 bii; zecimal dilatat (despachetat), n care, pe 8 cifre binare se reprezint o singur cifr

    zecimal, exprimat binar pe 4 bii, precedat de un grup de cifre binare numite MARC.

    Spre exemplu numrul 7.954 n forma zecimal condensat (mpachetat) se reprezint:

    Forma zecimal dilatat (despachetat) se reprezint asfel:

    Justificarea celor trei moduri de reprezentare a numerelor n calculator (n virgul mobil, n virgul fix i zecimal) are la baz, simultan, criterii de acoperire a unor valori ct mai diverse pentru datele de intrare i ieire din calculator, combinat cu minimizarea conversiilor pentru intrare i pentru ieire. Astfel, numerele n virgul mobil acoper mulimea numerelor reale, dar introduc un grad de aproximare. Numerele n virgul fix (i calculele n virgul fix) sunt exacte, dar numai pentru mulimea numerelor ntregi i pentru valori mici. Pe de alt parte, dialogul utilizator calculator se face n sistemul zecimal, specific utilizatorului. Pentru efectuarea unor calcule asupra unor date introduse de utilizator n format zecimal, de ctre un calculator care nu posed dect aritmetica n virgul fix, este necesar att conversia la intrare din format zecimal n format binar n virgul fix, ct i convertirea rezultatului din format binar virgul fix n format zecimal.

    Cele trei aritmetici pot fi implementate n calculator att prin dispozitive hardware (procesoare specializate), ct i prin mecanisme software, care emuleaz calculele n virgul mobil sau zecimale, de exemplu, pe un procesor de calcul n virgul fix.

    Prin mecanismul de emulare, utilizatorului i se d rezultatul fr s cunoasc procedeul prin care se ajunge la rezultat.

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 32

    3.5. Codificartea datelor

    Necesitatea utilizrii codurilor se impune pentru a asigura comunicaia ntre utilizator i sistemul de calcul, avnd n vedere c utilizatorului i este specific gndirea zecimal i folosirea caracterelor alfabetului, n timp ce tehnica de calcul recunoate doar sistemul binar.

    Figura 3.1. Raportul codificare reprezentare

    Se numete cod un set de simboluri elementare, mpreun cu o serie de reguli

    potrivit crora se formeaz aceste simboluri.Codificarea reprezint procesul de stabilire a unui cod. Dac se notez cu X mulimea elementelor accesibile utilizatorului i cu Y mulimea caracterelor recepionate de sistemul de calcul, atunci codificarea reprezint asocierea fiecrui element Xi din mulimea X cu un element Yi din mulimea Y. Codul este astfel o funcie bijectiv f : X Y Funcia invers f-1 : Y X este procesul de decodificare. Operaia de decodificare a datelor const deci n stabilirea unei corespondene biunivoce ntre elementele sistemului informaional: documente, operaii, produse, materiale etc. i o mulime de simboluri, cifre, litere etc. Datele de codificat constituie vocabularul de intrare; simbolurile de reprezentare formeaz limbajul de codificare; rezultatele codificrii se concretizeaz n sisteme de coduri care semnific alfabetul de ieire.

    Operaia de codificare este prezent pe mai multe niveluri de tratare a informaiilor. Ea este prezent pornind de la nivelul sczut al sistemului de calcul (hardware, software de baz) pn la nivelul codificrii n ansamblul sistemului informaional (coduri de materiale, coduri de produse, codul de bare etc.)

    Desfurarea operaiilor de codificare presupune respectarea urmtoarelor principii: adoptarea acelorai norme n determinarea vocabularului de intrare; folosirea unui limbaj de codificare accesibil, astfel nct interpretarea alfabetului

    de ieire s se fac fr dificulti; respectarea biunivocitii ntre vocabularul de intrare i limbajul de codificare;

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 33

    previziunea evoluiei codurilor, care s asigure posibilitatea actualizrii sistemelor de coduri, fr perturbaii;

    sistemele de coduri adoptate s fie sugestive n redarea legturilor dintre fenomene, procese i documente;

    adaptarea codificrii n vederea prelucrrii informaiilor n sistemul de calcul. Procesul de codificare const n parcurgerea urmtoarelor activiti: A. Stabilirea caracteristicilor generale ale codurilor, n care se urmrete:

    determinarea vocabularului de intrare i a caracteristicilor acestuia; analiza structurii informaiilor din vocabularul de intrare pentru fixarea structurii

    generale a codului; determinarea alfabetului de ieire n funcie de mrimea vocabularului de intrare i

    de structura general a codurilor; fixarea sistemelor de coduri astfel nct acestea s asigure maximum de

    uniformitate a codificrii. B. Clasificarea elementelor vocabularului de intrare de la general la particular, pn la

    nivel elementar, cu respectarea normelor legale, astfel: operaiile i documentele se grupeaz dup locul i rolul lor; materialele dup natur, proprieti, mod de gestionare etc.

    C. Precizarea tehnologiei standard de codificare la care se preteaz fiecare clas de elemente din vocabularul de intrare.

    D. Codificarea propriu-zis, prin stabilirea corespondenei ntre vocabularul de intrare i alfabetul de ieire.

    E. Unificarea tehnologiei i atribuirea codurilor. F. Actualizarea codurilor, care const n adugri de coduri pentru elementele noi i

    eliminri de coduri pentru elementele care nu se mai utilizeaz. Principalele sisteme de coduri utilizate sunt: Sistemul n ordine numeric/natural. Este utilizat pentru elemente temporare ale

    sistemului fr periodicitate. Orice element nou aprut afectea-z ntregul sistem de coduri.

    Sistemul n serie. Este o dezvoltare a sistemului n ordine natural prin rezervarea de numere pentru eventuale apariii de noi elemente n vocabularul de intrare.

    Sistemul pe grupe. Const n atribuirea unui anumit numr de coduri fiecrei clase de elemente de reprezentat. De exemplu IJK poate indica: grupa I, subgrupa J i sortimentul K pentru elementul reprezentat.

    Sistemul zecimal.Presupune divizarea vocabularului de intrare n 10 grupe, iar fiecare grup n 10 subgrupe etc. n practica economic, acest sistem este folosit n codificarea conturilor n contabilitate.

    Sistemul n ah. Se bazeaz pe construirea de tabele n care fiecare dimensiune specific o caracteristic a elementelor de reprezentat. Aplicarea sistemului este recomandat pentru clase de elemente care rmn neschimbate, cum ar fi codificarea subansamblelor i pieselor unui utilaj.

    Sistemul repetitiv. Const n realizarea codului din caracteristicile elementelor de codificat. Sfera sistemului este limitat la un vocabular de intrare mai puin complex.

    Sisteme combinate: sistemul n ordine natural pentru clase ale vocabularului de intrare, sistemul n serie pentru grupe, sistemul repetitiv pentru elemente.

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 34

    Procedura de codificare, la nivelul sistemului informaional, este n mare parte la

    alegerea utilizatorului. Cu ct coborm spre nivelul elementar de prelucrare a informaiei, cu att sistemele de codificare sunt mai rigide, ele fiind standardizate din considerente de compatibilitate n utilizarea tehnicii electronice de calcul.

    Codurile alfanumerice sunt coduri binare utilizate pentru reprezentarea caracterelor alfanumeric. Prin caractere alfanumerice nelegem:

    literele mari i mici ale alfabetului; cifrele de la 0 la 9; semnele de punctuaie; operatorii aritmetici i de relaie; alte caractere speciale.

    n general prin caractere alfanumerice se neleg toate caracterele care pot fi introduse de la tastatura unui calculator. Numrul acestor caractere este mai mare dect 64 i, din acest motiv, pentru reprezentarea binar a caracterelor alfanumerice sunt necesare cel puin 7 poziii binare. Cum numrul de caractere de codificat este limitat i relativ redus, funcia de codificare alfa-numeric se definete tabelar.

    Din marea familie a codurilor alfanumerice le exemplificm pe cele mai cunoscute: Codul EBCDIC (Extended Binary Coded decimal Interchange Code) este un cod alfa-

    numeric pe 8 bii, proiectat pentru codificarea informaiilor, la calcu-latoarele din seria IBM 360. Codul a fost utilizat pn prin anii 70.

    Codul ASCII (American Standard Code for Information Interchange) reprezint un standard actual de codificare alfa-numeric pe 7 bii. Este un cod alfa-numeric, cu recomandare ISO (International Standard Organization) i este utilizat de multe tipuri de calculatoare i de majoritatea echipamentelor periferice care lucreaz cu aceste calculatoare.

    Codul UNICODE. Este un cod alfa-numeric pe 16 bii care i propune s defineasc un cod stan-dard pentru simbolurile alfa-numerice utilizate n toate rile lumii: litere, semne de punctuaie, semne monetare specifice tuturor limbilor de pe planet.

    Prin dezvoltarea sistemelor de coduri pe 7 i 8 bii, aa-numitele coduri pe octet, ctre coduri pe doi octei sau coduri DBCS (Duble-Bit Code System) s-a creat o familie de coduri unificat de sistemul de codificare UNICODE. nlocuirea codului ASCII cu UNICODE are avantajul unificrii sistemului de codificare a caracterelor folosite oriunde n lume. Pe de alt parte apar i unele dezavantaje: utiliznd UNICODE pe 16 bii, dimensiunea fiierelor text se dubleaz, n comparaie

    cu cea a fiierelor codificate ASCII; programele care utilizeaz codul ASCII trebuie adaptate pentru a putea recunoate

    codul UNICODE. Coduri detectoare i corectoare de erori. n fluxul prelucrrii automate a datelor, operaia de transfer a informaiilor prin intermediul unui canal de comunicaie este extrem de frecvent. Cu ocazia acestui transfer de informaie, la nivelul canalului de comunicaie pot apare perturbaii. Pentru a nu se altera coninutul informaional este necesar protejarea informaiilor mpotriva acestor perturbaii. Procedura presupune adugarea unor informaii suplimentare, necesare n primul rnd detectrii erorilor i ulterior corectrii acestora. Una din modalitile practice cel mai frecvent utilizate n detectarea erorilor este

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 35

    reprezentat de codurile pentru controlul paritii. La emisia unei secvene binare de n bii se ataeaz o cifr binar suplimentar, numit cifr de control, astfel nct:

    n cazul paritii pare, numrul poziiilor binare din ir care au valoarea 1 s fie par (inclusiv cifra de control)

    n cazul paritii impare, numrul poziiilor binare din ir (inclusiv cifra de control) care au valoarea 1 s fie impar

    La recepia unui caracter se efectueaz suma cifrelor binare care au fost primite. Dac aceast sum respect convenia de paritate stabilit, mesajul este considerat corect recepionat. n caz contrar se semnaleaz eroarea, solicitndu-se reluarea transmisiei. Acest tip de cod este implementat de regul hardware la nivelul dispozitivelor fizice ale sistemului de calcul. El are dou forme de reprezentare:

    VRC control de paritate vertical LRC control de paritate orizontal (longitudinal)

    n anumite situaii, simpla detectare a erorilor este ineficient. n vederea eliminrii, fie i numai partiale, a acestui neajuns, au fost proiectate coduri care, pe lng detectarea erorilor, ofer i posibilitatea corectrii cifrelor binare eronate. Cele mai semnificative sisteme de coduri din aceast categorie sunt:

    codurile de paritate ncruciat codul HAMMING

    La codurile de paritate ncruciat succesiunea de cifre binare care se transmit se divide ntr-un numr de secvene binare de aceeai lungime n, astfel nct succesiunea va fi format dintr-un numr variabil de linii i un numr fix de coloane. La emisie fiecrei linii i fiecrei coloane i se va ataa o cifr de control de paritate. Practic se aplic LRC pentru linii i VRC pentru coloane. La recepie, prin controlul paritii, pe fiecare linie i coloan se detecteaz eventualele erori, avnd posibilitatea de a corecta o singur eroare detectat la intersecia liniei i a coloanei care nu respect paritatea stabilit. Paritatea simpl par: Exemplu:

    1 0 0 1 0 0 1 1 - par bitul de control

    Paritatea ncruciat par

    VRC 1 0 0 1 0 0 1 1 LRC 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 bii de control

    Codul HAMMING ataeaz, la emisie, pentru fiecare grup de patru cifre binare utile ale mesajului, trei cifre binare de control. De remarcat c prin acest cod, datorit atarii a trei cifre de control la patru cifre utile, concomitent cu verificarea mai riguroas a mesajului, se mrete i mesajul, cu toate implicaiile ce deriv din aceasta.

    Codificarea setului de caractere la P.C. La majoritatea calculatoarelor, fiecare caracter se prezint codificat pe un octet. Setul de caractere PC cuprinde 256 caractere. Jumtate din

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 36

    aceste caractere sunt codificate utiliznd codul ASCII pe 7 bii, la care se adaug un prim bit, 0; restul de 128 de caractere nu au o codificare standard pentru toate sistemele de calcul. Aceste ultime 128 caractere din set sunt numite setul de caractere ASCII extins. Setul de caractere ale PC cuprinde: primele 32 caractere (0-31) sunt caractere cu funcii speciale, folosite pentru

    transmiterea de comenzi (caractere de control). De exemplu: caracterul backspace (cod 8), care produce tergerea caracterului din

    stnga; caracterul line feed (cod 10) produce saltul la rndul urmtor; caracterul form feed (cod 12) produce saltul la pagina urmtoare; caracterul cariage return (cod 13) produce saltul la nceputul rndului

    curent etc. Cnd se utilizeaz combinaia de taste CTRL + O LITER, programul de conversie a tastaturii scade valoarea zecimal 64 din codul ASCII corespunztor literei mari tastate. Aceasta este o metod de a introduce de la tastatur un caracter de control care nu are asociat o tast special. Urmtoarele 96 de caractere cuprind:

    spaiu (cod 32) cifrele 0 9 (codurile 48-57) literele mari A-Z (codurile 65-90) literele mici a-z (codurile 97-122) semnele de punctuaie operatorii de relaie operatorii aritmetici

    O operaie de sortate n ordine alfabetic se face de fapt prin ordonarea codurilor binare sortate, adic n ordinea: cifre litere mari litere mici etc. Caracterele ASCII extinse cuprind:

    caracterele limbilor strine de limba englez; caracterele grafice de trasare a liniilor i a umbrelor ; caracterele tiinifice, care includ litere greceti i simboluri matematice

    speciale.

    Codificarea pentru reprezentarea sunetului. Sunetele variaz n funcie de intensitate, (msurat n decibeli) i n frecven (msurat n vibraii pe secund, hertz -Hz). Compunerea mai multor unde sonore conduce la o imens plaje audio, pornind de la simple zgomote, la vocea uman i muzica simfonic (cel mai complex mesaj sonor). n forma lor natural, sunetele sunt semnale analogice cu variaie continu. Pentru a le putea prelucra cu ajutorul calculatorului avem nevoie de acestea n forma lor digital, adic cu variaie discret. Sunetele pot fi digitizate spre exemplu cu ajutorul microfonului sau sintetizatorului. Sunetele digitizate se mai numesc i sunete eantionate. Frecvena de eantionare este dat de un semnal, prin intermediul cruia este preluat la fiecare tact al eantionului un sunet corespunztor, care este stocat ca informaie digital n memorie. Cu ct rata de eantionare este mai mare, cu att cantitatea de informaie sonor digitizat este mai mare. Totodat, prin obinerea de eantioane mai dese, calitatea informaiei digitizate stocate se apropie de calitatea semnului sonor iniial. Pentru digitizarea sunetelor se utilizeaz de regul trei frecvene pentru eantionare:

  • CODIFICAREA I REPREZENTAREA INFORMAIEI

    ELEMENTE DE INFORMATIC APLICAT 37

    44,1 KHz (standardul obinuit pentru CD audio); 22,2 KHz 11,025 KHz

    Mrimea eantioanelor este de 8-16 bii. Cu ct mrimea eantionului este mai mare, cu att descrierea sunetului este mai fidel. Un sunet nregistrat pe 8 bii ofer 256 de niveluri n scopul descrierii amplitudinii nivelului sunetului la un moment dat. Un eantion nregistrat pe 16 bii ofer o scar de 65.536 sau 216-1 niveluri pentru descrierea amplitudinii sunetului la momentul dat.

    Figura 3.2. Eantionarea semnalului sonor

    n figura 3.2. avem urmtoarele notaii:

    1 unda original; 2 frecvena de eantionare; 3 date eantionate; 4 unda reconstruit.

    Cu ct numrul de puncte din datele eantionate este mai mare, consecin a unei frecvene mai mari de eantionare, cu att unda reconstruit va fi mai fidel undei iniiale, deci calitatea la redare a sunetului digitizat va fi foarte aproape de cea iniial. Valoarea fiecrui eantion va fi rotunjit pn la valoarea celui mai apropiat ntreg, operaie numit cuantificare, iar dac amplitudinea depete intervalul disponibil, are loc decuparea undelor, numit clipping. Cuantificarea poate produce un sunet de fond nedorit, deoarece se face o aproximare, iar decupajul poate distorsiona foarte puternic sunetul. Sunetele pot fi reprezentate i sub alt form dect prin eantionare. Una din aceste ci este reprezentarea simbolic, sau, altfel spus, standardul MIDI. Pe hrtie se utilizeaz n mod normal reprezentarea sunetelor prin intermediul po