Sistemede calculmoderne - Alumnialumni.software.ucv.ro/cursuri/SistCalculModerne.pdf ·...

17
1 Sisteme de calcul moderne Curs introductiv pentru programul IPUC-12, 2005-2006 Instructor: Conf.dr.ing. Mihai Mocanu Catedra de Inginerie Software, Fac. ACE E-mail: [email protected] Tel./ fax: 0251 438198 Cabinet 303 Ore consultatie: Miercuri 11-14 Obiectivele cursului: 1.Introducerea conceptelor de baza in stiinta calculatoarelor 2.Invatarea studentului sa utilizeze calculatorul intr-un mod sistematic 3.Expunerea notiunilor de baza privind sistemul de operare, programele utilitare si de birotica 4.Introducerea unor topici importante privind productivitatea in lucrul cu calculatorul Abordarea cursului Cursul se adreseaza celor fara sau cu putina experienta in lucrul cu calculatorul Dar se cere o atitudine activa; in nici un caz: Eu Dv.

Transcript of Sistemede calculmoderne - Alumnialumni.software.ucv.ro/cursuri/SistCalculModerne.pdf ·...

1

Sisteme de calcul moderne

Curs introductiv pentru programul IPUC-12,2005-2006

Instructor: Conf.dr.ing. Mihai MocanuCatedra de Inginerie Software, Fac. ACE

E-mail: [email protected]./ fax: 0251 438198Cabinet 303 Ore consultatie: Miercuri 11-14

Obiectivele cursului:1.Introducerea conceptelor de baza in stiinta

calculatoarelor2.Invatarea studentului sa utilizeze calculatorul

intr-un mod sistematic3.Expunerea notiunilor de baza privind sistemul

de operare, programele utilitare si de birotica4.Introducerea unor topici importante privind

productivitatea in lucrul cu calculatorul

Abordarea cursuluiCursul se adreseaza celor fara sau cu putinaexperienta in lucrul cu calculatorulDar se cere o atitudine activa; in nici un caz:Eu Dv.

2

Sumar1. Definitii2. Repere istorice3. Fundamente matematice4. Hardware 5. Software6. Productivitatea in lucru pe desktop

Inaintea definitiilor... Atentiela terminologie!

Cu ce se ocupa Stiinta Calculatoarelor?Nu este deloc simplu a scrie programe care sa rezolve diverse

probleme.

StiintaCalculatoarelor

Algoritmi & Structuri de

Date

Inteligentaartificiala si

roboti

Calculenumerice Limbaje de

programare

InteractiuneaOm-Calculator

Metodologie siingineriesoftware

Sisteme de operare

Arhitectura

Context social si

profesionalBaza de date si obtinereainformatiei

ACM & IEEE ACM & IEEE curriculum curriculum recommendationsrecommendations

3

1.DefinitiiInformatia - date/fapte/idei - independent de modul in care sunt reprezentateInformatia digitala- informatia care poate fireprezentata utilizandu-se semnale fizice, care pot avea valori intr-o multime dataCalculatorul digital apare ca o structura de echipamente fizice, asamblate in scupulprocesarii si transmiterii informatiei digitale

Bitii sunt prietenii nostri

Cerinta fundamentala: totul se exprimacu valorile 0 si 1n Comunicatiaw O tensiune mai mare sau mai mica “pe sarma”

n Calcululw Functii booleene

n Stocareaw Biti de informatie

Semnalele Digitale

n Se folosesc praguri de tensiune pentru a extragevalorile discrete din semnalele continue

n Cel mai simplu: semnalul 1-bitw Fie pragul superior (1) fie pragul inferior (0)w Cu domeniu de garda intre ele

n Putin afectat de zgomot sau slaba calitate a elementelor de circuitw Se pot produce circuite simple, mici si rapide

Voltaj

Timp

0 1 0

4

Stiinta Calculatoarelor (SC)SC reprezinta “un studiu sistematic al proceseloralgoritmice de descriere si transformare a informatiei: teoria, analiza, proiectarea, implementarea, eficienta siutilizarea algoritmilor” (ACM, 1989)Intrebarea de baza:

“Ce poate fi automatizat in mod eficient?”(calculerepetitive si laborioase, prelucrarea volumelor mari de date)Calculatorul: procesarea informatiei (scop general)Programarea calculatoarelor: automatizareaprocesarii informatiei

2.Evolutia calculatorului de-a lungultimpului

ViziteazaViziteaza: : http://www.computer.org/computer/timeline/http://www.computer.org/computer/timeline/

Au Au fostfost marimari schimbarischimbari intrintr--oo perioadaperioada scurtascurta……

Dezvoltarea Stiintei Calculatoarelora urmarit doua linii majore:

Automatizarea calculelorrepetitive complexeIn jurul 500 B.C(Egipt) – socotitoareaEvul Mediu – dispozitive de navigatie1622 (Anglia) – rigla de calcul(WilliamOughtred )1642 (Franta) – primul calculator mecanic(Blaise Pascal )1830 (Anglia) – difference engine, calcula logaritmi si functiitrigonometrice, si in caz general analytical engine, condus de un program

Automatizareacalculelor tabularemari dar simple1801 (Franta) - Joseph-MarieJaquard a introdus cartelaperforata1890 (USA) - Hermann Holleritha inventat calculatorul cu carteleperforatePrima jumatate a sec. XX –dezvoltarea unui numar mare de masini electromecanice pentrucalcule, sortari

5

Inceputul erei calculatoarelor

Mijlocul secolului: n calculatoarele electronice utilizau tuburi cu vid

ca si comutatoare;Probleme:

n tubul era ineficient, consuma multa energieelectrica si degaja multa caldura

n ca uramare a incalzirii, tuburile nu eraufiabile; se defecta in medie un tub la catevaore in sistemele mari de calcul.

Era digitala

1948 (Laboratoarele Bell): tranzistorul1959 (Texas Instruments): circuitulintegrat (CI)n primul CI continea numai 6 tranzistori. n in zilele noastre, majoritatea CI inglobeaza

mai multe milioane de tranzistori

Prima generatie1951 - 1958

Tuburi cu vid - tuburi electronice de dimensiunea unui bec care erau utilizate ca sicomponente ale unui calculator. n Mii de tuburi utilizate -> multa caldura degajatan Obiectul multor defectiuni

Limbaje specifice masinilor de calcul, care utilizau numere

6

A doua generatie1959 - 1964

Tranzistorul – dispozitiv mic ca dimensiuni care propaga semnalulelectric.n Revolutioneaza electronica si

calculatoarele, in particular.n Consuma mai putina energie, degaja

mai putina caldura, era mai rapid simult mai fiabil.

Limbajele de asmblare àlimbaje de nivel inaltFORTRAN (’54) & COBOL (’59)

A treia generatie1965 – 1970

Circuitul integrat – un circuit complet electronic implementat peo mica bucata de silicon(semiconductor)n Fiabil, compact, cost scazut

Software-ul a devenit mai sofisticat, mai multe programeputeau rula simultan, partajarea resurselor calculatoruluiEficienta sistemelor de calcul a fost imbunatatita considerabil

A patra generatie1971 – Prezent

Microprocesorul - circuit integrat pe scara mareCombina circuitele logice si de control ale calculatoarelor din generatia anterioara(amplasatepe mai multe placi) intr-un singur CICalculatoarele(din generatiaanterioara) care contineaupeste 500 CI au putut fi realizateacum cu mai putin de 50 CI!

7

3.Fundamente matematice

1854: George Boole a inventat calculul logic (numit mai tarziu algebra booleana)1850-1950: incercari de a formaliza conceptulde proceduri efective (un mod de a calculaceva, care sa poata fi realizat de o persoanasau o masina de calcul si care sa conducatotdeauna la rezultatul dorit intr-un numar finitde pasi) Anii ‘30: MasinaTuring

Modelul von Neumann(1945)Are ca scop indrumarea proiectarii unui calculator

digital si se bazeaza pe urmatoarele principii:1: Reprezentarea atat a programelor cat si a datelor ca numere binare2: Memorarea(stocarea) programului si a dateloraferente lui intr-un dispozitiv electronic numit memoriacalculatorului (care la acel timp era echivalenta cu un set de comutatoare)3: Implementarea unei unitati centrale de calcul, care pe langa calcule sa realizeze operatii de extragere a instructiunilor si datelor din memorie, decodificarea lor siexecutia instructiunilor din program

Implicatii constructive1: Posibilitatea de a construi un calculator electronic care sa realizeze prelucrari mari sicomplexe de informatie fara interventieumana(atat timp cat programul si dateleaferente acestuia sunt stocate in memoriacalculatorului).2: Pentru a fi siguri ca masina de calculefectueaza alte calcule este de ajuns sa stocamalt program in memorie(nu necesita schimbarihardware).

8

Principiul comenzii dupa program (von Neumann)

Informatia care urmeaza a fi procesata este codificatabinar si impartita in cuvinte de memorie.Tipuri diferite de cuvinte (instructiuni & date) se deosebesc doar prin modul de utilizare si nu prinreprezentare (codificarea este identica).Cuvintele sunt memorate in locatii de memorie, fiecareidentificata printr-o adresa unica.Algoritmul de procesare este reprezentat in final de o secventa de comenzi numite instructiuni descrise de propriul format de reprezentare.Instructiunile sunt executate intr-o ordine stabilita de catre program in timpul executiei.

Concluzie: Ce reprezinta un sistem de calcul?Partile principale din componenta unui

calculator sunt formate din:

Hardware

Software

4.Hardware Echipamentul asociat cu un sistem de calcul:

Dispozitive de intrareProcesorulDispozitive de iesireDispozitive de stocare

9

Ce se intampla intr-un calculator…

Intrare IesireProcesare

Memoriesecundara

Hardware (Structura unui calculator)

Memorie externa

Memorie interna

Unitate de iesire

Unitate de intare

Unitate de control

ALU

*

*

CPU

IntrareDate si comenzi pe care le introduceti in calculator

Dispozitive de intrare

10

ProcesareaAre loc in procesor sau in unitatea centrala

de prelucrare(Central Processing Unit -CPU) si memoria calculatorului

MemorieCPU

CPU (Unitatea centrala de prelucrare)

Toate calculatoarele, mari sau mici, au cel putinun CPU, responsabil cu transformarea datelor de intrare in date de iesire, conform programului rulat

Unitatea de Control

CPU

UnitateaLogico-

Aritmetica

CPU – Unitatea de Control

Comanda celelalte parti ale sistemului de calcul.

Unitatea de Control

CPU

UnitateaLogico-

Aritmetica

11

CPU – ALU

Executa toate operatiile aritmetice si logice

Unitatea de Control

CPU

UnitateaLogico-

Aritmetica

MemoriaMai este numita si memorie principalasau memorie interna. Fabricantiifolosesc in mod frecvent termenul de RAM (Random Access Memory).

Stocheaza temporar datele(inainte sidupa ce sunt prelucrate). Memoreazaprogramele ce sunt utilizate de CPU.

IesireaDatele procesate sau informatie utila

Dispozitive de iesire

12

Memorie externa (secundara)Dispozitive care stocheaza in siguranta datele si le pot oferi pentru prelucrari ulterioare.Beneficiin Elibereaza spatiun Fiabilen Usor de folositn Economice

Dispozitive de stocare externa des intalniten Discuri magneticen Benzi magneticen Discuri optice

Discuri magneticeDischetele

Constau intr-un disc magnetic cu diametrul de 3.5 inchesm incapsulat intr-o carcasa de plastic.Portabile, rezistente la socuri minore1.44 MB vs 100/250 MB (zip disk)

Discuri magneticeHard Discul

Capacitate mult mai mare de stocare (GB) fatade discheteSe fixeaza in carcasa calculatoruluiSunt disponibile si hard discuri portabile pentruPC-uriAccesul mult mai rapid

la date

13

Banda MagneticaIn mod uzual se gasesc in cartuseSunt citite de dispozitive speciale pentru benzi

magneticeUtilizate cel mai frecvent ca solutii de backup (MB - GB)Ieftine

Discul optic

Capacitate foarte mare de stocare (MB – GB)Portabil, ieftin, rezistent la socuri, durabil

Clasificari ale discurilor optice

CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory)n Capacitate: 650-700 MBn CD-R (Compact Disc-Recordable)n CD-RW (Compact Disc-Rewritable)

DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read-Only Memory)n Capacitate: xGB

DVD-RAM (writable version of DVD)

14

Ierarhia memoriei

Registers

Cache

Main Memory

Magnetic Disk

Removable Media

(a)(a) DescresteDescrestecostulcostul/bit/bit

(b)(b) CresteCrestecapacitateacapacitatea

(c)(c) CresteCreste timpultimpulde de accesacces

(d)(d) DescresteDescrestefrecventafrecventa de de accesacces a a memorieimemoriei de de catrecatre procesorprocesor

Echipamente perifericeDispozitive hardware care sunt atasate la calculatorInclud toate dispozitivele de intrare/iesire/stocare externa.

5.SoftwareUn set de instructiuni care-i spun calculatorului ce sa facaNumite si programe

15

Software

SistemSoftware

Software pentru

aplicatii

Software Sistem – nivel 1Sistem de operare

(subset al sistemului software)n Un set de programe care se situeaza intre

software-ul pentru aplicatii si hardware; software fundamental care controleaza accesul la toateresursele hardware si software ale calculatorului

Ex. MS-DOS OS (Interfata utilizator sub forma uneilinii de comanda)

Windows OS (Graphical User Interface – GUI)(Win95/98/ME/NT/2000/XP/CE)

Unix (command-line interface), Linux

Software Sistem – nivel 2Traducatoare de programe

Au rolul de a traduce programele scrise de catreprogramatori (in limbaj de nivel inalt) in cod masina (o combinatie de 1 si 0 recunoscuta de hardware) – care poate fi “inteleasa” siexecutata de calculator. w - asambloare

- compilatoare- interpretoare

Ex. Gcc – un compilator de C/C+C/C++ IDE (Integrated Development Environment)

16

Software pentru aplicatiin Software care este instalat; poate fi utilizat pentru

a rezolva o problema particulara sau pentru a lansa activitati programate

Software pentru aplicatiiGroupware – software care permite unui

grup de oameni sa-si partajeze datelesau sa urmareasca informatii comune

Public Domain SoftwareNu are drepturi de autorOrcine il poate folosiPoate fi utilizat si modificat fara restrictii

17

Freeware

Software gratuitAre drepturi de autorPoate avea restrictii in modificare, redistribuireNu poate fi vandut

SharewareAre drepturi de autorUtilizat gratis pe baza unui acord intr-operioada de probaNu poate fi vandutCopii pot fi facute pentru prieteni

Software (Programe pentru calculator)

ComputerHardware

Operating System

Language Translators

Application Programs