Prelegerea I, Tema 1 [Режим Совместимости]

8/19/2019 Prelegerea I, Tema 1 [Режим Совместимости]

1/19

Tehnologii de cultură informaţională

Noiuni generale despre structura şi

funcionarea calculatoarelor. Componentele

calculatoarelor personale.Tema 1


2/19

Structura şi funcionarea calculatoarelor

Calculatorul Calculatorul Calculatorul Calculatorul reprezintă un ansamblu de echipamente şi produse program pentruprelucrarea automată a datelor conform cerinelor utilizatorilor.

Sistemul Sistemul Sistemul Sistemul de de de de echipamente echipamente echipamente echipamente , numit şi hardware, include componentele fizice ale

calculatorului, folosite la culegerea, memorarea, procesarea, transmiterea şiredarea datelor.Sistemul Sistemul Sistemul Sistemul de de de de programe programe programe programe , numit şi software, include componentele logice ale

calculatorului – produse program, care indică componentelor fizice.

Un calculator îndeplineşte următoarele funcii de bază:□ De memorare a datelor;□ De intrare a informaiilor în memoria calculatorului;□ De comandă – dirijarea cu funcionarea tuturor componentelor şi a

calculatorului în ansamblu;□ De execuie a operaiilor aritmetice şi logice asupra datelor;□ De ieşire a informaiilor, asigurând redarea acestora în forma necesară.


3/19

Pentru realizarea acestor funcii, orice calculator conine următoarele unităi

func

ionale de bază

:□ Unităi de memorie;

□ Unităi de comandă;

□ Unităi aritmetico-logice;

□ Unităi de intrare-ieşire a informaiilor.Funciile şi interaciunea acestor componente formează arhitectura generală a

calculatoarelor cu program memorat. Pentru prima dată informaiilereferitoare la arhitectura calculatoarelor universale cu program memorat au

fost sistematizate şi publicate de John von Neumann, J. Manchly şi J.Eckert în 1946, ulterior arhitectura în cauză devenind cunoscută ca“arhitectura von Neumann”.

Structura calculatoarelor de arhitectură von Neumann este prezentată în

următoarea schemă:


4/19


5/19

Unitatea de comandă şi unitatea de calcul (aritmetico-logică - UAL) formează unitateacentrală de prelucrare sau pocesorul. Memoria calculatoarelor moderne este

organizată în mai multe nivele. În funcie de plasare se disting: memoria internă şimemoria externă. Memoria internă este plasată în cadrul unităii de sistem, are oviteză de lucru mai mare, dar o capacitate de memorare mai mică comparativ cumemoria externă . Procesorul împreună cu memoria internă formează unitatea centralăa calculatorului.

Unităile de memorie externă împreună cu dispozitivele de intrare-ieşire suntdenumite echipamente periferice. Schimbul de informaii între componenteleunităii centrale şi perifericele unui calculator de performană se efectuează prinintermediul unită ilor de schimburi multi le USM , numite i canale de intrare-

ieşire. Unităile interne ale calculatorului – procesorul, memoria internă, suntconectate între ele şi la USM prin intermediul magistralelor, iar unităile periferice– prin intermediul unităilor de legătură (de interfaă) şi a liniilor de comunicaie.

Magistrala constă din conductori electrici, care vehiculează semnalele în formă deimpulsuri.

Fiecare canal de intrare-ieşire este un procesor relativ simplu. El realizează adresareala memoria internă f ără participarea procesorului şi, de asemenea, controlulfuncionării echipamentelor periferice în procesul schimbului de date.


6/19

Unităţile de legătură gestionează unul sau mai multe periferice de acelaşi tip, deexemplu discuri fixe, benzi magnetice, şi asigură schimbul de date între acestea şi

canalele de intrare-ieşire. La un canal de intrare-ieşire se pot conecta mai multeunităi de legătură.În general, calculatorul funcionează în modul următor. Datele de prelucrat şi

programul respectiv în formă binară se introduc în memoria internă a calculatoruluiprin intermediul unităilor de intrare şi a canalelor de intrare-ieşire a datelor. Datele

se înscriu în celulele de memorie identificabile prin adresele lor. La lansareaprogramului de prelucrare, care constă din instruciuni, unitatea de comandăaccesează prima instruciune din program după adresa celulei de memorierespective. Unitatea de comandă interpretează coninutul instruciunii şi emitecomenzile necesare, denumite şi macroinstruciuni, către alte unităi:

□

Comenzile către memorie solicită transferul către UAL a numitor date, indicate prinadresele locaiilor de memorie, unde acestea sunt memorate, sau transferul invers alrezultatelor operaiei specificate în instruciune;

□ Comenzile către UAL solicită execuia operaiei specificate în instruciune;□ Comenzile către canalele de intrare-ieşire solicită transferul de date de la memoria

internă către perifericele de intrare-ieşire sau invers.Instruciunile programului sunt accesate şi executate una după alta până la executareainstruciunii de terminare a programului.


7/19

Clasificarea calculatoarelor

Calculatoarele se caracterizează de mai muli indicatori şi pot fi clasificate după maimulte criterii, cum ar fi: viteza de acces a datelor, complexitatea arhitecturală,tehnologia de implementare a unităii centrale, capacitatea memoriei interne,lungimea cuvântului folosit la reprezentarea datelor şi a instruciunilor, tipologiaperifericelor cu care pot opera, caracteristicele sistemului de operare utilizat,

domeniile de aplicabilitate, fiabilitatea, etc.În funcţie de principiul de funcţionare a unităţilor de bază , calculatoarele pot fi: mecanice,electromecanice, electronice, moleculare, optice, biologice, etc.

În funcţie de forma reprezentării informaţiilor ce se prelucrează, se deosebesc trei categoriide calculatoare: numerice, analogice şi hibride.

Calculatoarele numerice sunt destinate prelucrării informaiilor codificate în formănumerică. Ele operează cu numere în reprezentare discretă.Calculatoarele analogice sunt destinate prelucrării informaiilor reprezentate în formă

de semnale variabile continue.Calculatoarele hibride îmbină procesarea informaiilor reprezentate în formă numerică

cu cele reprezentate în formă analogică, beneficiind de avantajele calculatoarelor

numerice (precizia calculelor şi universalitatea claselor de probleme) şi ale celoranalogice (operativitatea intrării-ieşirii datelor şi viteza înaltă a calculelor).Dintre aceste trei categorii de calculatoare, de o mai largă răspândire se bucură

calculatoarele numerice, datorită performanelor lor, îndeosebi a precizieireprezentării şi prelucrării datelor. Ele şi vor fi descrise în continuare.


8/19

În baza ansamblului criteriilor de clasificare amintite mai sus, se disting 5 clase mari decalculatoare, enumerate în ordinea creşterii performanelor lor:

□ Microcalculatoare;□ Minicalculatoare;□ Calculatoare medii-mari numite şi mainframe sau de întreprindere;□ Supercalculatoare;□ Hipercalculatoare.

Microcalculatoarele sunt calculatoarele ale căror procesor central este un microprocesor.Microprocesorul , la rândul său, este un procesor realizat în cadrul unui singur circuitintegrat monolitic (pe o pastilă).

Microcalculatoarele sunt cea mai populară categorie de calculatoare. Faptul sedatorează calculatoarelor personale – microcalculatoare de uz individual. Unm croca cu ator se caracter zeaz pr n:

□ Simplitate de utilizare;□ Arhitectură relativ simplă a unităii centrale;□ Dimensiuni reduse;□ Capacitate de memorare şi prelucrare a informaiilor relativ joase;□

Structură

modulară, periferice mai pu

in performante, dar u

şor de instalat

şiconfigurat;

□ Cost redus;□ Utilizare ca posturi informatice individuale, dar cu diverse posibilităi de conectare

în reea.


9/19

Printre marile firme producătoare de microcalculatoare se află: IBM, Apple, Hewlett-Packard + Compaq, DELL, ALR Revolution, Acer, etc.

Minicalculatoarele , în ultimul timp numite şi calculatoare pentru grupuri de lucru(workgroup servers), au fost construite iniial pentru aplicaii specializate saufolosirea în comun de un număr redus de utilizatori. Astăzi utilizarea lor este încontinuă scădere relativă din cauza creşterii utilizării microcalculatoarelor. Unele

caracteristici ale acestei clase de calculatoare sunt:□ Unitatea centrală de prelucrare are la bază un miniprocesor, constituit din unul sau

câteva microprocesoare;

□ Capacitate de memorare şi prelucrare a informaiei de performane medii;

□ r tectur mo u ar , construc e re at v s mp ;

□ Sistem de operare relativ puternic, funcionarea în multe aspecte asemănătoare cucea a calculatoarelor mainframe;

□ Unităi periferice diversificate şi rapide;

□ Utilizare în sisteme multiutilizator – până la 100 utilizatori;

□ Cost mediu;□ Domenii de aplicabilitate foarte diverse: economie, control şi conducere procese

industriale, ştiină şi învăământ ca servere de reea.


10/19

Printre firmele producătoare s-ar putea meniona: IBM, Sun, Hewlett-Packard, DELL,Honeywell, Unisys, Data General.

Calculatoarele mainframe , numite în ultimul timp de producători şi calculatoare de întreprindere, reprezintă topul calculatoarelor de arhitectură von Neumann. Ele suntdestinate prelucrării şi păstrării unor volume mari de date pentru organizaii mari,asigurând lucrul concomitent a sute şi chiar mii de utilizatori. Unele carcteristicigenerale ale calculatoarelor mainframe sunt:

□ Capacităi sporite de prelucrare a datelor;□ Unitatea centrală de prelucrare poate fi constituită din câteva procesoare;□ Memorii interne şi externe de foarte mare capacitate;□ Sistem de operare foarte performant;□ Legătura între unitatea centrală şi unităile periferice este realizată pin unităi

□ Acceptă un număr mare de periferice;□ Meninerea unor baze de date mari, deservirea concomitentă a sute, sau chiar mii de

utilizatori;□ Fiabilitate de funcionare înaltă – pot lucra ani în şir f ără întrerupere, reparaiile

curente fiind efectuate în paralel cu funcionarea;

□ Cost ridicat;□ Solicită instalaii speciale şi proceduri de meninere în funcionare; nu pot fi cuplate

direct la reeaua electrică.Firmele producătoare de calculatoare mainframe sunt: IBM, Unisys, Honeywell,

NCR.


11/19

Supercalculatoarele sunt cele mai performante calculatoare în funciune. Ele auarhitectură non von Neumann, bazată pe structuri multiprocesor – de la 8 până la

zeci de mii de procesoare. Costul lor este de ordinul a milioane şi chiar zeci de miide milioane de dolari. Viteza de operare este de ordinul a sute de Gflops sau chaizeci de Tflops. Sunt utilizate în prelucrări de date foarte complexe, de obiceispecializate, de exemplu: prediciunea timpului, seismologie, criptografie, explorărisubterane, conservarea energiei, reactoare nucleare, proiectarea aeronavelor.

Firme producătoare de supercalculatoare sunt mai puine, printre care: IBM, Cray,Hewlett-Packard.

Hipercalculatoarele sunt în curs de elaborare, vor avea viteze de operare de ordinul a5 , ,

bazate pe logica monocuantală rapidă, vor fi calculatoare cuantice, sau, folosind cabază de elemente circuitele moleculare, vor fi calculatoare moleculare.


12/19

Tipuri de calculatoare (PC)

□ Notebook

• Netbook

□ Desktop

• Minidesktop

• Smalldesktop

• Desktop

• Minitower

• Tower


13/19

Tipuri de calculatoare (PC)

□ Server

□ Barebone

□ Tablet PC-ul

□ PDA, Pocket PC


14/19

Caracteristici care difereniază

calculatoarele

Notebook Desktop Server□ Dimensiunea şi greutatea;□ Managementul energiei şi

bateria;

□ Tipul şi dimensiunea

□ Puterea de procesare;□ Performanele grafice;

□Acceleratorul grafic 3D;

□ Managementul sistemului;

□ Posibilităile de extensie;□ Capacitatea şi performană a

discurilor;

□ Procesoare multiple;

ecranu u ;

□ Reea “f ără fir” integrată;□ Bluetooth;

□ Infraroşu, etc;

□ Cititor de carduri.

□ spoz ve e e s ocare;

□ Chipset-ul, etc.

□ an a ea mare e

memorie;□ Fiabilitate;

□ Integritatea datelor;

□ Înlocuirea echipamentelor

“la cald” (hot-swap);□ Surse de alimentare

redundante şi ventilatoare.


15/19

Structura calculatoarelor personale

Componentele constructive ale unui calculator personal sunt:

□ Monitorul

□ Unitatea centrală

□ Tastatura

□ Şoricelul


16/19

Structură funcţională a unui calculator se numeşte ansamblul componentelor funcionaleale calculatorului şi a legăturilor între ele.

La calculatoarele personale vom diferenia componentele de bază, indispensabilepentru majoritatea PC, şi opionale – componente suplimentare în scopul lărgiriigamei serviciilor oferite şi creşterii performanelor calculatorului. Din punct devedere arhitectural, se deosebesc următoarele componente de bază alecalculatoarelor personale:

□ Microprocesorul central , care îndeplineşte funciile de gestiunea funcionării calculatorului în ansamblu şi de executare a operaiiloraritmetice şi logice;

□ Tastatura , destinată introducerii manuale a datelor, inclusiv a comenzilor, încalculator;

□ Şoricelul (mouse) pentru introducerea comenzilor;□ Monitorul , menit afişării informaiilor;

□ Memoria principală , numită şi memorie operativă saumemorie cu acces arbitrar (RAM – Random Acces Memory),pentru memorarea temporară şi extragerea operativă a informaiilor;


17/19

□ Memoria video – pentru păstrarea informaiilor ce se afişează

la monitor;

□ Memoria constantă (ROM) – pentru păstrarea permanentă

a unor programe şi constante;

□ Unitatea de disc fix , pentru memorarea de lungă durată

a unor cant t mar e n orma ;

□ Unitatea de compact-disc , pentru memorarea de lungă

durată a unor cantităi mari de informaii.


18/19

La necesitate această configuraie de echipamente poate fi completată cu asemeneacomponente opionale ca: dispozitiv de memorie flash extern (USB), imprimanta,

unitatea de bandă magnetică (streamer), scanerul, modemul, faxul (mai frecventfaxmodemul), unitatea de alimentare electrică neântreruptă (UPS), ploterul,microfonul, difuzoarele, digitizorul, etc.


19/19

Schimbul de date între componentele calculatorului se efectuează prin intermediulmagistralei. Într-un calculator modern se folosesc mai multe magistrale.

Pentru acordarea necesară, asigurarea compatibilităii şi dirijarea locală cufuncionarea unităilor periferice, servesc unităile de interfaă denumite controleresau adaptoare. Ele sunt realizate în formă de plachete, ce se asmblează la magistralăcu ajutorul unor conectori speciali (slots).

Microprocesorul central şi memoria internă, inând cont de locul, rolul şi gradul înaltde interaciune a lor, formează unitatea centrală a calculatorului personal.

La calculatoarele personale soclul pentru conectarea microprocesorului central,magistrala, conectorii de extensie (extention slots) pentru conectarea memoriei

, , ,

electronice aferente, sunt asamblate împreună formând placa de sistem sau de bază(mainboard ).

Documents

Prelegerea I, Tema 1 [Режим Совместимости]