Arhitectura calculatoarelor

Arhitectura unui sistem de calcul este sintetizata in schia urmtoare: 1.Unitatea Centrala (UC), alcatuita din: 1.1 Unitatea de memorie interna (UM); - memorie ROM; - memorie RAM; 1.2 Unitatea Centrala de Prelucrare (UCP) ce este compusa din: - Unitatea de Comanda i Control (UCC): - Unitatea Aritmetica i Logica (UAL); 2.Sistemul de Intrare/Ieire (S I/O), care este alcatuit din: - Medii de stocare; - Dispozitive periferice; - Dispozitive pentru accesarea mediilor de stocare; - Dispozitive pentru interfata cu utilizatorul; q Dispozitive periferice de intrare (DP /I); q Dispozitive periferice de ieire -out- (DP /0); - Interfete; - Memoria externa (M.E.); - Magistrale de transmitere a comenzilor de control, informailor i instrucunilor. Unitatea Centrala (UC) este alcatuita din Unitatea de memorie intern i Unitatea Centrala de prelucrare. Unitatea de Memorie (UM) sau memoria interna (principala) este componenta sistemului de calcul destinat pstrrii datelor i instruciunilor programelor in locaii bine definite prin adrese. Este format, in general, dintr-un sistem de circuite

integrate alctuite, in principal, dintr-un numr mare de celule de memorie, fiecare celul fiind un circuit care poate stoca un bit de informaie. {Bit de la binary digit cea mai mica unitatea de informaie reprezentabil intr-un calculator; poate lua doar valorile 0 i 1. Din punct de vedere al volatilitaii, memoria este de doua tipuri: ROM (Read Only Memory) nu ii pierde coninutul la oprirea calculatorului, nu poate fi scris de ctre utilizator (este inscripionat de catre producator cu ajutorul unei aparaturi speciale), este de capacitate redusa (pan la 2MB) i este folosit pentru stocarea informaiilor despre hardware, mici programe ce configureaz diverse dispozitive (conine programe eseniale care se incarca la pornirea calculatorului); RAM (Random Access Memory) este o memorie volatil (se pierde la oprirea calculatorului), poate fi att citit cat i modificat i este folosit pentru stocarea programelor i datelor, fiind considerat principala memorie de lucru a calculatorului; Unitatea Centrala de Prelucrare (UCP), este implementat cu ajutorul microprocesorurui, elementul de baza al sistemului de calcul. (La microcalculatoare este numit procesor). Unitatea de Comanda i Contro/ (UCC) primete instruciunile de la memorie, le interpreteaza i, corespunztor, emite comenzi catre UAL i UM, respectiv comenzi de transfer ctre S I/0 i memoria extern. Unitatea Aritmetica i Logica (UAL) are rolul de a executa operatii aritmetice i logice cu date furnizate de memorie i de a depune in memorie rezultatul obinut.

Sistemul de Intrare / Ieire ( S I/O), este alcatuit din: mediile de stocare suportul fizic pe care se stocheaz informaia: hard disk, CD, floppy disk, disc ZIP. Constituie o memorie suplimentara. dispozitive periferice, mprtite la randul lor in: - dispozitive periferice pentru accesarea mediilor de stocare: unitatea floppy, unitatea CD-Rom, unitatea DVD, unitatea ZIP. Dup pozia lor n calculator, acestea pot fi interne sau externe. Cele mai multe se gasesc in ambele variante, diferena dintre ele fiind interfaa i preul, cele externe avand sursa de alimentare i carcas proprie, deci pre mai mare. - dispozitivele de interfata cu utilizatorul- reprezinta totalitatea dispozitivelor cu ajutorul carora este posibil introducerea datelor in prelucrare precum i furnizarea rezultatelor obinute. Pot fi: - o dispozitive periferice de intrare (DP /I) tastatura, mouse, joystick, microfon, scanner, camera video; - o dispozitive periferice de ieire (DP /0) monitor, imprimanta, boxe. Interfeta este componenta ce asigur o conexiune Intre dou elemente pentru a putea lucra impreuna. Interfeele pot fi de mai multe tipuri: o Paralele transmit simultan 8 bii (un byte); folosita n special pentru conectarea imprimantei; o seriale interfee universale, in care biii unui byte se transmit pe rand, unul cate unul; la aceasta se pot conecta modemul sau un alt calculator.

Tipuri de calculatoare Datorita existentei numarului mare i diversitatii criteriilor ce ar trebui luate in considerare, este foarte greu sa se faca o clasificare riguroasa, clara i completa a sistemelor de calcul. Sintetizand, se poate considera ca, in general, sistemele de calcul se diferentiaza dupa marime, posibilitati de procesare, pret i viteza de operare. Se considera astfel ca exista patru categorii de sisteme de calcul: Microcalculatoare sunt calculatoare cunoscute sub denumirea de calculatoare personale (Personal Computer PC). Acestea au cunoscut cea mai rapida dezvoltare i diversificare odata cu aparitia chip-ului (cip) circuit integrat obinut prin incapsularea a milioane de tranzistoare intr-un inveli ceramic, pe o singura pastila de siliciu. Constructia unui PC se bazeaza pe microprocesor, un cip care contine portiuni din unitatea centrala de prelucrare (UCP). Acesta este considerat creierul microcalculatorului. Sunt de remarcat urmatoare caracteristici ale PC-urilor: o sunt accesibile din punct de vedere a! pretului; o au dimensiuni reduse i unele tipuri pot ti portabile; o utilizatorii pot invata foarte uor operarea acestora; o pot fi folosite in orice domeniu; o lucreaza in retea putand realiza schimburi de date. Minicalculatoare au fost create pentru executa rea unor functii specializate: aplicaii multiutilizator, maini cu control numeric, automatizari industriale, transmisii de date intre sisteme dispersate geografic. Ele sunt calculatoare de dimensiuni medii, compuse din module structurale cu funcii precise, sunt uor de instalat i utilizat, se pot conecta la reteaua electrica fara restricii. Au putere i

capacitate de stocare mai mare, UCP complex, Sistemul de intrare/ieire foarte dezvoltat in sensul comunicarii prin retea de periferice in sistem multiutilizator. Calculatoarele mainfraime constituie o categorie aparte, situata intre supercalculatoare i minicalculatoare, operand cu viteze ridicate i administrand un volum foarte mare de date. Au procesorul foarte complex, volum mare de stocare in UM, S I/0 complex, orientat pe gestionare de statii de lucru, permit acces multiutilizator (pot suporta sute i chiar mii de utilizatori simultan). Calculatoarele mainframe necesita instalatii speciale i proceduri de mentinere in funciune, neputand fi cuplate direct la reteaua de inalta tensiune, de aceea au costuri foarte ridicate. Ele functioneaza, de regula, fara intrerupere, ceea ce presupune accesul controlat la date i un sistem de protectie adecvat. Se utilizeaza in spitale, banci, etc. Supercalculatoarele sunt cele mai puternice, complexe i scumpe sisteme electronice de calcul, care pot executa peste 1 bilion de instructiuni pe secunda. Au procesorul format dintr-un numar mare de microprocesoare (de ordinul miilor), sunt proiectate pentru calcul paralel, au costuri i performante foarte ridicate. Sunt utilizate in domenii care necesita prelucrarea complexa a datelor, cum ar fi: reactoare nucleare, proiectarea aeronavelor, seismologie, meteo, etc. Luand in considerare particularitatile unui calculator personal (PC), din punct de vedere a mrimii (fizice sau ca i capacitate de memorare), viteza de lucru, costuri, utilizari specifice, se poate spune ca exista mai multe tipuri de calculatoare i anume: Desktop, Tower, Laptop, Palm PC. Desktop calculatorul de tip clasic, la care monitorul este aezat in general pe carcasa unitatii centrale ce se afla pe birou. Tower acel calculator la care carcasa unitatii centrale este mai ingusta dar mai inalta decat la desktop i este aezat langa monitor sau, de cele mai multe ori, sub

masa. Laptop (notebook) calculator uor de transportat, construit pentru a fi folosit in afara biroului (de exemplu in tren), avand o sursa independenta de alimentare (baterii sau acumulatoare). Au componente uoare i mici, de exemplu afiajul cu cristale lichide, tastatura i inlocuitor de mouse. Cantaresc numai 3 .. 5 kg i sunt cele mai costisitoare (aproximativ pretul a doua PC-uri). Palm PC (Palmtop, Handhold sau Organizer) se utilizeaza ca bloc notes, agenda telefonica, calculator de buzunar, calendar, etc. Facilitati: posibilitatea transferului de date prin PC, recunoaterea scrisului de mana, accesarea Internet-ului. Datorita dimensiunilor reduse (cat o palma), procesarea textelor este destul de dificila. PDA (Personal Digital Assistant) asistent digital personal: dispozitiv de dimensiuni foarte mici, poate fi purtat in mana, combina facilitati de calcul, telefon/fax cu cele de retea; sunt penbased folosesc un stilou special n locul tastaturii, pot deci recunoate scrisul de mana (unele recunosc i vocea!). Au preturi mari i aplicatii limitate. Performanta calculatorului Structura unui calculator presupune existenta componentelor hard i soft, deci performantele in functionarea sa sunt date de cele obtinute de fiecare dintre acestea. Cativa factori de ordin tehnic, care pot influenta performantele computerului: o . Viteza procesorului; o . Dimensiunea memoriei RAM; o . Dimensiunea Hard-disk-ului; o . Dimensiunea memoriei cache; o . Viteza de transmitere a datelor pe magistrala de date

Hardware Unitatea centrala de prelucrare Unitatea centra/a de pre/ucrare (UCP) mai este numita i Central Processing Unit (CPU). Se afla n interiorul carcasei calculatorului, montata pe placa de baza (mainboard sau motherboard). Aceasta este placa principala dintr-un calculator. n mod obinuit, placile de baza contin: CPU, memoria, interfetele pentru dispozitivele de stocare a datelor i pentru perifericele standard. Dintre functiile procesorului pot fi amintite: o executa instructiuni individuale pentru programe i controleaza operatiile efectuate de alte componente ale computerului; o realizeaza calculele i operatiile logice; Fiecare microprocesor este alcatuit din mai multe micromodule interconectate prin intermediul unor cai de comunicatie numite magistrale interne, pe care circula date sau instructiuni, a caror viteza de deplasare depinde de doi factori: o latimea numarul benzilor de circulatie; deoarece pe fiecare banda circula un bit, se poate vorbi despre latimi convenabile (de 8, 16, 32, 64 sau 128 de biti transmii n paralel); o frecventa de tact numarul de pai de lucru (tacturi)pe care poate sa i faca procesorul n fiecare secunda; se masoara n megahertzi (MHz), iar mai nou, n gigahertzi (GHz). Memoria Memoria interna este zona de stocare temporara a datelor ntr-un calculator. Termenul memorie este folosit pentru a desemna cipurile reale capabile sa pastreze datele.

Deoarece calculatorul recunoate numai doua stari, datele supuse prelucrarii sunt transformate n iruri de cifre 0 i 1, indiferent n care dintre cele doua tipuri de memorie, RAM sau ROM se afla. Bit-ul (binary digit cifra binara) reprezinta cea mai mica unitate de date ce poate fi reprezentata i prelucrata de catre calculator. O succesiune de 8 biti se numete byte sau octet, fiind cea mai mica unitate de date ce poate fi reprezentata i adresata de catre memoria unui sistem de calcul. Deoarece datele reprezentate n memorie ocupa o succesiune de bytes, acestea sunt exprimate n multiplii unui byte astfel: 1 kilobyte (kB) = 1024 bytes (210 bytes); 1megabyte (MB) = 1024 kbytes (210 kB); 1 gigabyte(GB) = 1024 Mbytes (210 MB); 1 terrabyte(TB) = 1024 Gbytes (210 GB); 1 petabyte(PB) = 1024 Tbytes (210 TB) ; 1 exabyte(EB) = 1024 Pbytes (210 PB); Reprezentarea in memorie a datelor/informatiilor se realizeaza la nivel de: o byte (octet); o cuvant de memorie = doi bytes (16 biti); o cuvant dublu = patru bytes (32 biti); o cuvnt cvadruplu = opt bytes (64 biti); Memoria externa sau suplimentara este aceea care folosete dispozitive speciale pentru stocarea datelor: hard disk, CD, floppy disk, disc ZIP. Memoria cache este un mecanism de stocare de mare viteza. Poate fi o sectiune rezervata din memoria principala, sau un dispozitiv independent. Poate fi incorporat n arhitectura microprocesorului (de exemplu la procesoarele Pentium)

Dispozitive de intrare Prin intermediul dispozitivelor de intrare, utilizatorul introduce informaii n calculator . Printre cele mai cunoscute sunt: Tastatura reprezinta unul dintre perifericele standard, este cel mai utilizat, fiind principalul dispozitiv cu ajutorul caruia se introduc datele in calculator i este inclusa in cadrul minim de dotare al unui calculator. Cu ajutorul tastaturii se pot introduce in calculator diferite informatii: date, programe, comenzi, texte. Cuprinde cinci categorii de taste: taste de introduce text (alfanumerice), taste numerice, taste de deplasare a cursorului, taste functionale, taste speciale (inclusiv tasta de navigare pe Internet). Mouse-ul dispozitiv de intrare , parte integranta a interfetei grafice, controleaza micarea cursorului (pointer) pe un ecran de afiare. Are dimensiune redusa, poate fi deplasat pe o suprafata rigida i plata, conine pn la trei butoane cu utilizari diferite, in functie de programul executat. In particular, mouse-ul este important pentru interfata grafic spre utilizator, deoarece optiunile i obiectele se pot puncta i apoi se execut clic cu butonul mouse-ului. Astfel de aplicatii sunt deseori numite point-and-clic. Mouse-ul este de asemenea folositor pentru programele grafice care permit folosirea sa ca pe stilou, creion sau pensula. Exista trei tipuri de baza pentru mouse: o mecanic are o bila metalica sau de cauciuc ce se poate rotii directiile mutand corespunzator indicatorul pe ecran, sensul der flind detectat prin senzorii incorporati; o optic pentru detectarea mi~carii se folose~te un laser; deplC5 face utilizand o suprafata speciala, dotata cu o grila. Acest tip tI raspunde mai rapid ~i mai precis decat cele mecanice, dar surt mai scumpe.

o optomecanice- folosesc o combinatie de tehnologii mecanicel dar nu necesita suprafete speciale. Trackball (bila rulanta )- dispozitiv de intrare ce poate fi considerat un mouse aezat pe spate: mutarea cursorului se poate face prin rotirea bilei; De obicei exista de la unul la trei butoane plasate lng bil. Avantajul principal fata de mouse este acela ca nu necesit o suprafata de lucru, putand fi aezat oriunde. Deseori este folosit in locul mouse-ului la Laptop. Touchpad- este o mica suprafata sensibila la atingere, folosita ca dispozitiv de punctare pe unele calculatoare portabile. Deplasarea pointer-ului pe ecran se face prin mutarea degetului peste pad. Scanner dispozitiv care poate citi textul sau ilustratiile tiparite pe hrtie i transforma informatiile intr-o forma pe care calculatorul o poate folosi. Un scanner funcioneaza prin digitizarea unei imagini, adica prin mpartirea sa ntr-o grila de puncte i reprezentarea fiecarui punct prin 0 sau 1, n raport de culoarea punctului, alb sau negru. Dupa marime i posibilitatea de a ti utilizate, exista: scanner de birou- arata ca un copiator. Materialui ce trebuie copiat se aeaza pe o suprafaa plana, de sticla, capacul trebuind sa fie nchis, scanner de mna are dimensiuni reduse, este mai lent i este util pentru prelucrarea documentelor mici. Joystick maneta care se mica in toate direciile, controlnd deplasarea pointerului. Este similar unui mouse, cu deosebirea ca la mouse micarea cursorului nceteaza odata cu deplasarea, pe cand la joystick cursorul continua sa se deplaseze In direcia n care este indreptat joystick, incetand cu revenirea la poziia iniiala. Este folosit mai ales pentru jocurile pe calculator. Light pen (creion luminos) dispozitiv asemntor unui mouse, care folosete un detector sensibil la lumina pentru selectarea obiectelor de pe un ecran de afiare

prin punctarea directa. Microfon- folosit pentru a inregistra diverse sunete pe calculator, conectat la placa de sunet. Este utilizat in telefonia prin Internet i la introducerea verbala a comenzilor. Dispozitive de ieire Extragerea datelor se face prin utilizarea unor dispozitive de ieire, specializate, care pot prezenta rezultatele intr-o forma inteligibila, pe suport de hartie sau acustic, agreata de beneficiar. Monitor (numit i VDU Video Display Unit) este dispozitivul standard de ieire. Constructiv, exista monitor: - o cu tub catodic cel mai folosit tip de monitor, dei ocupa mult spaiu. Imaginea se formeaza similar cu aceea de pe ecranul televizorului, i anume pe suprafaa unui tub cu raze catodice. - o cu cristale lichide (LCD Liquid Crystal Display) au ecrane ce utilizeaza doua straturi de material polarizat, cu o soluie de cristale lichide intre ele care, la trecerea unui curent electric, se aeaza astfel incat sa opreasca trecerea luminii. Calitatea unui monitor este determinata de: - o marime dimensiunea diagonalei, masurata n toli (1 tol = 2,54 cm); - o rezolutie masurata n pixeli(puncte de imagine); cu cat rezoluia este mai mare, cu atat crete calitatea; - o frecventa masurata in Hertz, arata de cate ori pe secunda se genereaza pe ecran o noua imagine, deci o frecven crescuta inseamna o calitate crescuta; - o aspectul ergonomic se refera la cantitatea de radiaii emise de catre calculator, cunoscandu-se faptul ca lucrul timp ndelungat la calculator provoaca disconfort ocular.

Display screen -(ecran de afiare) reprezinta ecranul de afiare al unui monitor, propriu-zis; cele mai multe functioneaza folosind un tub catodic. Imprimanta dispozitiv care afieaza pe hartie texte sau ilustratii. in funcie de tehnologia de tiparire utilizata, imprimantele pot fi: o cu pini sau matriciale crearea caracterelor se face din alaturarea unor puncte separate, obtinute prin lovirea pinilor (ace mici) cu o banda tuata.. Este necesara o hartie speciala, este ieftina, deosebit de zgomotoasa i pe cale de dispariie, o cu jet de cerneala caracterele sunt formate din puncte obinute prin stropire cu cerneala prin duze speciale. Se folosete hartie de scris normala, are cost mediu i este mai puin zgomotoasa. Calitatea imaginii depinde, n afara de calitatea hartiei, de rezoluie (numar de puncte pe inch, masurata In dpi=dots per inch), viteza de lucru (n pagini/minut) i de capacitatea de colorare; o laser folosete aceeai tehnologie ca i copiatoarele: pentru imprimare utilizeaza toner i hartie normala. Executa cele mai bune lucrari, dar datorita pretului destul de ridicat (mai ales cele color) sunt mai puin folosite. Exista diferite caracteristici ale imprimantelor. Cele mai importante sunt: o Calitatea imprimarii sau rezoluia imprimantei, exprimata prin numarul de puncte tiparite pe un inch; o Viteza exprimata prin numarul de caractere tiparite pe secunda sau numarul de pagini tiparite pe minut; o Modalitatea de alimentare cu hartie; o Zgomotul din momentul tiparirii, se masoara n decibeli. Plotter-ul (trasatorul) dispozitiv special pentru trasarea pe hartie a unor planuri i desene tehnice, n funcie de comenzile unui calculator, folosind o penia. Boxe (difuzoarele) sunt folosite ca dispozitive de ieire pentru sunet. Sunt legate la placa de sunet.

Dispozitive de intrare/ieire Modem-ul dispozitiv care permite calculatorului sa transmita date prin liniile telefonice. Informaiile prelucrate de calculator sunt stocate digital, n timp ce informaiile transmise prin liniile telefonice sunt transmise sub forma de unde analogice. Modem-ul face conversia datelor dintr-o forma n alta. Touch screen tip de ecran de afiare, acoperit de o folie transparenta sensibila la atingere, punctarea elementelor de pe ecran facandu-se cu degetele. Acest aspect poate fi considerat ca un avantaj (interfata naturala), dar i dezavantaj, punctarea cu acuratete fiind imposibila. Dispozitive de stocare Hard disk (disc fix) disc magnetic pe care se pot stoca date ntr-un calculator. Sunt superioare celorlalte suporturi de pastrare a informaiilor din punct de vedere al vitezei de lucru i a capacitaii (In general mai mult de 3 Gb). La nivel fizic, sunt organizate ca zone circulare concentrice numite piste, fiecare impartite la randul lor in cate 12 arce numite sectoare. Caracteristicile tehnice care determina viteza unui hard disk sunt: - timpul de acces la date timpul necesar pentru accesul la un sector (85 pana la 65 ms); cu cat viteza de rotaie este mai mare, cu atat accesarea datelor se realizeaza mai rapid; - viteza de transmisie a datelor cantitatea de informatii citite ntr-o secunda. Hard disk-ul extern este un hard disk care poate fi detaat de la calculator fara a necesita desfacerea acestuia, el fiind situat ntr-un sertar al calculatorului care are conectori la magistrala de date a calculatorului. CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)- tip de disc optic ce permite stocarea unei mari cantitati de date (peste 600 MB). Datele se inscriptioneaza cu un

aparat special i nu mai pot fi terse sau modificate. Din punctul de vedere al posibilitatii de imprimare sunt doua categorii: CD-R imprimabile o singura data; CD-RW- imprimabile de mai multe ori. Disc ZIP- dispozitiv cu o capacitate de memorare de 100-300 Mb. Disc Jaz- dispozitiv cu o capacitate de memorare de pana la 1 Gb. Floppy disk (discheta)- disc magnetic flexibil, portabil, cu timp de acces mare i capacitate mica. Se folosesc tot mai putin, datele nu se pot pastra timp ndelungat n siguranta. Poate memora n general 1 ,44 Mb de informatii. Pentru a putea lucra cu discheta aceasta va trebui initial formatata. (De obicel, atunci cand cumparati o discheta aceasta este formatata). Formatarea unei dischete este necesara pentru ca discheta respectiva sa fie compatibila cu sistemul de operare folosit. Prin formatare, sistemul de operare terge toate informatiile legate de gestiunea suportului, testeaza i eventual marcheaza zonele defecte. Utilizarea unei dischete presupune: Avantaje: - toate calculatoarele au unitate de discheta astfel ncat o discheta se poate citi oriunde. - costul de achizitie este foarte redus. Dezavantaje: - se defecteaza foarte uor; - au capacitate de stocare redusa. Datorita capacitatii mari de stocare, CD-urile sunt cele mai bune medii de stocare pentru aplicatiile multimedia. Calculatoarele folosite pentru aceste aplicatii sunt mai scumpe deoarece trebuie echipate astfel ncat sa permita prezentarea de texte, grafica, video, animatie i sunet. Aceste calculatoare se numesc PC-multimedia i

au caracteristicile: - Permit folosirea de simboluri grafice - Permit folosirea de sunete - Pot fi rulate jocuri - Pot fi ascultate CD-uri cu muzica - Permit folosirea de boxe - Permit folosirea de microfoane Termenul de multimedia desemneaza o metoda de prezentare a informatiei pe un computer, folosind mai multe metode: text, imagine grafica, sunet, imagine video. - Programele multimedia sunt folosite la: - Prezentari; - Materiale pentru pregatire pe computer Computer based training (CBT); - Jocuri; - Publicitate; - Aplicatii pentru afaceri.