Structura şi funcţionarea unui sistem de calcul

STRUCTURA ŞI FUNCŢIONAREA UNUI SISTEM DE CALCUL

 

Un calculator este un echipament capabil sa proceseze informatii. Viteza sa si gradul de complexitate al calculelor efectuate depaseste posibilitatile creierului uman. Calculatoarele proceseaza datele prin intermediul unor seturi de instructiuni denumite programe (sau aplicatii).

Calculatoarele personale (PC – Personal Computer) au fost lansate pe piata in 1977 de catre firma Apple Computer. Ele erau dotate cu seturi de programe elaborate de specialistii firmei constructoare. Patru ani mai tarziu, in 1981, firma de calculatoare IBM lanseaza propria versiune de calculator personal (IBM – PC).

Ambele versiuni de sisteme de calcul dispuneau, insa, de o dotare precara: memorie de lucru redusa, lipsa hard-discului, numar redus de aplicatii.

Programul cel mai important fara de care orice calculator devine inutilizabil si care trebuie rulat in mod necesar se numeste sistem de operare. Acesta reprezinta limbajul comun vorbit de om si de calculator.

Pornind de la premiza ca cifra de vanzare a PC-urilor nu va atinge niciodata valori record, firma IBM nu s-a ostenit sa proiecteze un sistem de operare pentru acestea si a cedat aceasta sarcina unei companii anonime pe atunci, Microsoft. Acesta a fost momentul de start al unei afaceri care s-a extins fulgerator in anii ce au urmat, transformand intemeietorul acestei firme, Bill Gates, intr-unul din cei mai bogati oameni de pe mapamond.

La ora actuala cele mai utilizate modele de PC-uri sunt: Apple Macintosh si compatibile IBM. Acestea au la baza o arhitectura fizica diferita, dispun de sisteme de operare si pachete de aplicatii diferite. Prezentul capitol se refera doar la calculatoarele compatibile IBM – PC.

Legat de notiunea de calculator se pot dezvolta 2 directii de analiza diferite:

·         Descrierea componentelor fizice (hardware);

·         Descrierea programelor ce ruleaza (software).

Indiferent de tipul sau, un calculator este compus din urmatoarele module principale:

·         Unitatea centrala de prelucrare (CPU = Central Processing Unit) – reprezinta “creierul” calculatorului; este componenta ce supervizeaza operatiile efectuate de catre toate celelalte module.

·         Memoria de lucru RAM (Random Access Memory) – este o memorie de tip volatil deoarece datele sunt stocate numai pana ce informatii noi sunt suprainscrise peste cele vechi sau pana la repornirea sistemului.

·         Memoria permanenta – permite stocare pe timp nelimitat a datelor.

·         Echipamentele periferice:

o   De intrare – permit utilizatorului sa introduca in calculator informatii ce urmeaza a fi procesate.

o   De iesire (monitor, imprimanta, plotter, etc.) – permit vizualizarea informatiei procesate.

 

PREZENTAREA CONTINUTULUI NOII LECTII

Carcasa calculatorului (case) – este o cutie metalica in interiorul careia se afla componentele de baza ale unui echipament de calcul. Cele mai uzuale tipuri de carcase sunt: desktop, minitower, midtower, full tower. Exista si variante de dimensiuni reduse, denumite generic slim sau book.

Pe panoul frontal al carcasei sunt pozitionate urmatoarele elemente:

Ø  Butonul POWER ce permite punerea sub tensiune a echipamentului de calcul, respectiv deconectarea acestuia.

Ø  Butonul RESET ce permite reincarcarea sistemului de operare; memoria de lucru este stearsa ca si cum echipamentul ar fi fost scos de sub tensiune. Acest buton este util pentru efectuarea anumitor configurari si atunci cand echipamentul se blocheaza.

Ø  Butonul TURBO ce permite comutarea intre frecventele de lucru ale calculatorului. Apasarea sa determina inscriptionarea pe afisajul electronic aferent a frecventei de lucru curente (in MHz). Unele calculatoare au afisate mesajele HI (viteza mare), respectiv LO (viteza mica).

Ø  Lacasul KEY LOCK permite introducerea cheii de blocare a tastaturii. Aceasta impiedica accesul persoanelor neautorizate la calculator. Nu este o masura prea eficienta deoarece exista un set putin numeros de tipuri de chei de acces.

Ø  Lacasul pentru introducerea dischetelor, aferent unitatii de disc floppy

Ø  Lacasul pentru introducerea compact discurilor aferent unitatii pentru CD-ROM

In interiorul carcasei se afla urmatoarele componente:

Placa de baza (motherboard) pe care se afla, in mod uzual, unitatea centrala de prelucrare si toate celelalte componente interne echipamentului de calcul.

Unitatea Centrala de Prelucrare (CPU)– elementul central in procesarea informatiei. Initial CPU a fost proiectat si lansat de firma INTEL , ce reprezinta in continuare un standard de calitate. Dezvoltarea pietei de calculatoare a determinat aparitia si a altor firme ce produc microprocesoare compatibile IBM si la un pret mai scazut – AMD si Cyrix sunt 2 dintre cele mai cunoscute firme de profil.

Caracteristicile tehnice ale unei CPU sunt urmatoarele:

Ø  Tipul microprocesorului (386, 486, 586, 686, Pentium, etc.);

Ø  Frecventa maxima a ceasului, masurata in MHz (ex.: 100MHz, 133 MHz); aceasta este afisata pe panoul frontal al carcasei.

In functie de tipul procesorului, transferul intre CPU si celelalte echipamente se poate realiza in fluxuri de 8, 16, 32 sau 64 biti.

Observatie: un bit reprezinta unitatea de baza in stocarea informatiei. El poate avea numai 2 stari reprezentate prin valorile 1 sau 0 (adevarat=True sau false=False). In scrierea curenta se prescurteaza cu b (litera mica). 1B (byte sau octet) este o succesiune de 8 cifre binare.

Multiplii byte-ului sunt:

1KB (kilobyte) =2¹⁰ B,

1MB (megabyte) =2¹⁰ KB,

1GB (gigabyte)=2¹⁰MB,

1TB (terabyte) = 2¹⁰GB = 2⁴⁰ B.

Calculatoarele personale aflate in mod curent in uz sunt pe 16 (depasit tehnologic) si pe 32 de biti.

Observatie: pentru a exploata capacitatea de prelucrare pe 32 de biti a unui microprocesor este necesar ca si software-ul instalat pe echipamentul de calcul sa fie proiectat corespunzator. Sistemul de operare MS Windows 95/98 este un sistem de operare pe 32 de biti.

Memoria – este structurata in functie de tipul de stocare de informatie permis:

ü  Memoria ROM (Read Only Memory) este o memorie permanenta. Aici sunt stocate date referitoare la caracteristicile fizice ale calculatorului (tipul de hard-disc si caracteristicile sale, data si ora, tipul unitatii de discheta, de unde se incarca sistemul de operare, etc.), cat si un program ce poate fi lansat in executie la pornirea calculatorului. Codul program si setul de date formeaza BIOS-ul sistemului (Basic Input Output System). Utilizatorul nu poate accesa datele din memoria ROM decat prin intermediul programului CMOS Setup, care permite configurarea hardware a echipamentului de calcul.

ü  Memoria RAM (Random Access Memory) – mai este numita si memoria volatila sau memoria de lucru; se masoara in MB. In RAM sunt stocate toate datele de lucru la un anumit moment dat, durata lor de viata fiind timpul cat sistemul de calcul se afla sub tensiune. La oprirea calculatorului si deconectarea acestuia de sub tensiune toate informatiile din RAM se pierd.

In RAM sunt stocate urmatoarele tipuri de aplicatii si date:

·         Sistemul de operare

·         Programele de comunicare cu perifericele (drivere)

·         Programele de tip TSR (Terminate and Stay Resident) care, dupa ce sunt lansate in executie, raman stocate in memoria RAM pana la descarcarea lor explicita de catre utilizator, sau pana la repornirea sistemului.

·         Datele de lucru curente

·         Programele de lucru curente

Din punct de vedere logic, memoria RAM este organizata astfel:

Ø  Memoria conventionala (primii 640 KB din 1MB RAM). Aceasta este utilizata de catre sistemul de operare si de catre programele de lucru. Bariera de 640 constituie dezavantajul major al sistemului de operare MS-DOS ce nu poate utiliza restul de memorie fizica pentru aplicatiile si datele curente. Sistemul de operare Windows 95/98 inlatura acest dezavantaj si permite gestionare mai buna a memoriei.

Ø  Memoria superioara (Upper): este zona de memorie cuprinsa intre 640 KB si 1MB RAM, adica 384KB. Acest spatiu apartine in exclusivitate sistemului de operare.

Ø  Memoria inalta HMA (High Memory Area) este formata din primii 64 KB peste bariera de 640KB

Ø  Memoria extinsa XMS (Extended Memory Specification) reprezinta memoria fizic disponibila peste bariera de 640KB (poate depasi 1MB). Ea poate fi accesata de catre aplicatii prin intermediul programului manager al memoriei extinse (HYMEM.SYS).

Ø  Memoria expandata EMS (expanded Memory Specification). Acest tip de memorie desemna, initial, introducerea unor placi speciale de memorie in interiorul calculatorului. In momentul de fata s-a renuntat la aceasta practica. Deoarece mai exista pe piata aplicatii ce necesita acest tip de memorie, ea este simulata in interiorul memoriei extinse (XMS) cu ajutorul unui program numit EMM386.EXE.

Memoria RAM stocheaza datele de lucru din aplicatiile curente. Daca in timpul procesarii are loc intreruperea alimentarii cu tensiune a echipamentului, memoria RAM este golita de informatii si la repunerea sub tensiune vor trebui reluate toate calculele pierdute. Rezultatele executiei unei aplicatii sunt stocate pe medii permanente, pentru a fi accesibile ulterior.

Ø  Memoria cache este alcatuita dintr-un modul de memorie aflat pe placa de baza. Acesta determina cresterea vitezei de lucru in procesarea datelor prin stocarea celor mai recente date si/sau cod program (in functie de arhitectura CPU). Atunci cand devin utile aceste date, ele pot fi citite din memoria cache si nu de pe hard- disc (daca ele mai sunt prezente in cache). Timpul de acces la memoria cache este sensibil mai redus decat timpul de acces pe hard-disc. Activarea si dezactivarea utilizarii memoriei cache se poate realiza prin intermediul programului CMOS Setup.

Ø  Unitatea de discheta (Floppy Disk Unit –FDU) este realizata pentru a citi/scrie informatii de pe/pe dischete. Unitatile de 3.5 inch echipeaza in mod uzual un sistem PC. Calculatoarele din generatiile mai vechi pot avea in dotarea lor si o unitate de dischete de 5.25 inch, dar in general acestea au fost scoase din uz. Dischetele pot fi protejate la scriere; la dichetele de 3.5 inch acest lucru se realizeaza prin intermediul unei ferestre culisante (daca zona decupata devine vizibila, scrierea pe discheta nu este permisa). Unitatile de discheta sunt desemnate, de regula, prin literele A: pentru prima unitate de dischete de pe calculator, iar B: a doua unitate de dischete (daca exista). Unitatea de discheta A: are un rol important deoarece de pe ea se incarca sistemul de operare, acesta fiind cel mai important program de pe calculator. In absenta acestuia comunicarea om – calculator este imposibila.

Ø  Hard-discul (Hard-disk) reprezinta memoria permanenta de stocare a datelor si programelor. Pe hard-disc sunt stocate toate fisierele de date ale utilizatorului. Capacitatea sa se masoara in MB sau GB. El se mai numeste si disc amovibil. El nu este vizibil deoarece se afla in interiorul echipamentului de calcul si este o componenta deosebit de sensibila care trebuie protejata la socuri mecanice, temperaturi prea mari sau mici. La defectarea fizica a hard-discului, datele de pe acesta nu mai pot fi recuperate ( se recomanda existenta unor copii de siguranta a datelor).

In mod normal, intr-un echipament de calcul pot exista unul au mai multe hard-discuri. Exista si exceptii – cazul statiilor de lucru in retea, ce ar putea sa nu aiba nici un hard-disc.

Unitatile de hard-disc sunt asociate literelor alfabetului incepand cu C:,D:, etc.

De pe primul hard-disc se poate incarca sistemul de operare, timpul de incarcare al acestuia fiind mai scurt decat in cazul incarcarii lui de pe discheta (are rata de transfer mai ridicata).

Ø  Unitatea pentru CD-ROM (CD-ROM unit) este realizata pentru a citi discurile de tip CD-ROM. Acestea contin date, muzica, secvente video.

Informatiile de pe un CD-ROM au un caracter permanent si nu pot fi sterse.

Fiecarei unitati CD-ROM i se va asocia o litera din alfabet, incepand cu prima disponibila dupa alocarea hard-discurilor.

Unitatile de CD-ROM se caracterizeaza prin viteza de citire a datelor : 2X(2 speed), 8X, 20X, etc.

Exista 2 tipuri de unitati CD-ROM:

·         Permit numai citirea informatiei (cele uzuale)

·         CD recorder (unitati CD inscriptibile) – ce au un echipament fizic de inscriptionare si un program ce face posibila aceasta operatie. Pentru aceste unitati sunt definite 2 viteze; viteza de scriere si cea de citire.

Observatie: un disc CD poate fi citit de unitati normale CD-ROM ce au o viteza de citire mai mare sau egala cu viteza la care acesta a fost inscriptionat.

·         In expansiune exista unitatile CD reinscriptibile ce permit citirea si reinscrierea informatiilor.

Ø  Unitatea pentru discuri DVD (Digital Video Disk) – reprezinta urmatoarea generatie dupa CD-ROM; aceasta permite stocarea si redarea filmelor. Este un tip de unitate lansat recent pe piata si necesita o placa speciala si un soft adecvat pentru a putea fi utilizata.

Ø  Porturile seriale - reprezinta una din modalitatile de schimb de date cu echipamentele periferice. Ele se caracterizeaza prin rata de transfer scazuta imprimata de caracterul secvential al transferului. Porturile seriale (COM1, …, COM4) sunt reprezentate pe panoul din spate al calculatorului prin mufe ce vin conectate la echipamente cum ar fi: mouse-ul, imprimanta seriala, modem extern, etc. Porturile seriale se caracterizeaza prin numar de intrerupere si adresa intrare/iesire (notiuni ce vor fi detaliate ulterior).

Ø  Porturile paralele – reprezinta una din caile de transfer de date din si spre exterior. Rata de transfer este superioara porturilor seriale, deoarece transferul paralel presupune transmisia simultana a 8 biti de date. La porturile paralele se conecteaza echipamentele periferice paralele (ex. imprimanta paralela). Primul port paralel se numeste LPT1 si este utilizat, in mod normal, pentru conectarea imprimantei.

Ø  Placa video – face parte, alaturi de monitor, din ansamblul video al echipamentului de calcul. Exista anumite standarde stabilite pentru placile video, din care cele mai uzuale sunt:

·         VGA (Video Graphics Adapter)

·         SVGA (Super VGA)

·         XGA (Extended Graphics Array)

Sursa de alimentare este utilizata pentru a transforma energia electrica preluata de la reteaua de alimentare in tensiunile de alimentare cerute de componentele echipamentului de calcul.

Alte placi:

·         Placa de retea

·         Placa de sunet

·         Placa SCSI pentru conectarea echipamentelor de tip SCSI

·         Placa fax/modem

·         Placa de achizitie de date sau de video captura, etc.

Tastatura – este un echipament periferic de intrare destinat introducerii datelor. Pe tastatura exista urmatoarele tipuri de taste:

·         Taste alfanumerice: literele alfabetului, cifre si simboluri speciale (!’&%#@*&^)

·         Taste numerice din partea dreapta a tastaturii – formeaza keypad-ul numeric; sunt utilizate pentru introducerea rapida a datelor numerice.

·         Taste de control:

CTRL – tasta de control

CAPS LOCK –blocheaza tastatura pe literele mari; o noua apasare o deblocheaza

ALT, ALTGR – taste de control utilizate in combinatie cu alte taste

TAB (sau doua sageti stanga-dreapta suprapuse) – sub interfata Windows 95 permite comutarea intre aplicatii; in programele de procesare de text reprezinta tabulatorul pentru inceputul de paragraf

ESC – este asociata, de regula, cu iesirea dintr-un program sau o functie

ENTER – confirmare actiune

F1 – F12 - actiunea lor depinde de programul curent (in general F1 este asociat apelului functiei Help)

INSERT - in aplicatiile de procesare de text comuta mod cu suprainscriere/ mod inserare

HOME – in aplicatiile de procesare de text deplaseaza cursorul la inceput de linie

DELETE - in aplicatiile de procesare de text indeplineste functia de stergere

END - in aplicatiile de procesare de text deplaseaza cursorul la sfarsitul liniei curente

PAGE UP/PAG DOWN – sunt taste de scroll (defilare)

PRINT SCREEN – capteaza imaginea ecran si o plaseaza in Clipboard (zona speciala de memorie)

BACKSPACE – in aplicatiile de procesare de text permite efectuarea stergerii la stanga cursorului

NUMLOCK – activaza/dezactiveaza blocarea keypad-ului numeric

Odata cu aparitia sistemului de operare MS Windows 95/98 au aparut si tastaturi cu taste noi: sigla Microsoft (echivalenta cu apasarea butonului START din stanga al mouse-ului), etc.

Monitorul este utilizat pentru vizualizarea informatiilor. Conectarea monitorului la calculator se realizeaza prin intermediul unui cablu special. Alimentarea cu energie electrica se realizeaza de la sursa calculatorului, prin intermediul unui cablu de conectare cu acesta; in acest fel se poate deconecta automat monitorul la oprirea calculatorului.

Monitorul se caracterizeaza prin urmatorii parametri:

·         dimensiunea diagonalei, masurata in inch (14 inch – cea mai uzuala, 17 inch si mai mult se recomanda pentru aplicatiile grafice)

·         posibilitatea de afisare a imaginii monocrom sau color

·         rezolutia se refera la volumul de informatii ce pot fi vizualizate pe ecran; cu cat rezolutia este mai mare cu atat sunt afisate mai multe detalii. Rezolutia se masoara in pixeli.

·         caracterul ecologic (Green) sau nu. Un monitor Green beneficiaza de functiile de economisire a energiei ce permit trecerea acestuia in regim de asteptare atunci cand utilizatorul nu lucreaza cu el un anumit interval de timp.

·         Modul de afisare a imaginii pe ecran; aceasta poate fi:

o   Interlaced – intretesut

o   Noninterlaced – sunt mai performante si mai putin obositoare pentru ochiul uman

Imprimanta este un dispozitiv periferic utilizat pentru tiparirea informatiilor. Cele mai populare tipuri de imprimante sunt:

·         Matriciala cu ace - utilizeaza casete cu benzi tusate pentru a tipari.

·         Ink – jet - utilizeaza pentru tiparire un cartus cu cerneala

·         Laser - utilizeaza pentru tiparire un cartus cu toner

In functie de modul de transfer al datelor, imprimantele se impart in urmatoarele categorii:

·        Seriale – se conecteaza la portul serial prin intermediul unui cablu serial. Aceste imprimante sunt lente si folosite din ce in ce mai rar.

·        Paralele – se conecteaza la portul paralel prin intermediul unui cablu paralel.

Mouse-ul este utilizat pentru interactiunea utilizatorului cu programele instalate pe calculator. In mod normal mouse-ul se conecteaza la portul serial (de regula COM1).

Exista mai multe tipuri de mouse:

·         Cu butoane (2 sau 3) – pentru a proteja mose-ul se recomanda deplasarea acestuia pe un mouse pad.

·         Track-ball mouse

·         Cu butoane si tasta pentru scroll

Alte periferice: scanner, plotter, fax/modem extern, microfon si boxe, camera video, tableta grafica, joystick, etc.