Referat Structura Si Functionarea Unui Sistem De Calcul

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Structura Si Functionarea Unui Sistem De Calcul si de asemenea puteti face Download Referat Structura si functionarea unui sistem de calcul

Citeste fragmente din Referat Structura Si Functionarea Unui Sistem De Calcul

1. STRUCTURA ŞI FUNCŢIONAREA UNUI SISTEM DE CALCUL Calculatorul este o maşină care prelucrează informaţiile automat. Pentru aceasta trebuie să i se furnizeze datele pe care trebuie să le prelucreze (datele de intrare) şi o listă de instrucţiuni (programul), care să îi indice cum să prelucreze aceste date. Dacă pentru a ajunge la un rezultat trebuie sa execute mai multe operaţii, el le va efectua pe rând. Operaţiile şi ordinea acestora îi sunt specificate calculatorului prin intermediul programului. Calculatorul va furniza utilizatorului rezultatele obţinute în urma prelucrării (date de ieşire). În timpul prelucrării pot să apară şi date intermediare. Pentru a putea realiza aceste operaţii, calculatorul este alcătuit din două componente: Echipamentele fizice (partea materială) - HARDWARE Programele şi datele (partea logică) - software .Hardware-ul. reprezintă echipamentele fizice din care este alcătuit un sistem de calcul, în care circuitele electronice prelucrează automat informaţiile şi asigură comunicarea între utilizator şi sistem. Von Newmann a stabilit că hardware-ul trebuie să asigure următoarele funcţii: funcţia de memorare; funcţia de comandă şi control; funcţia de prelucrare; funcţia de intrare-ieşire. 1. Funcţia de memorare asigură memorarea datelor şi a programelor şi are ca suport memoria internă şi memoria externă. În memoria internă sunt stocate programele şi datele care sunt în lucru la un moment dat. În memoria externă sunt stocate toate programele şi datele de care poate avea nevoie, în diferite situaţii, sistemul de calcul. 2. Funcţia de comandă şi control asigură: extragerea instrucţiunilor din memoria internă; analiza instrucţiunilor; comanda de executare a unei operaţii; extragerea datelor de intrare din memoria internă; aranjarea datelor de ieşire în memoria internă. Funcţia este realizată de Unitatea de Comandă şi Control. 3. Funcţia de prelucrare asigură efectuarea operaţiilor aritmetice (adunare, scădere, înmulţire şi împărţire) şi logice (AND, IF, NOT). Funcţia este realizată de Unitatea Aritmetică Logică. 4. Funcţia de intrare-ieşire asigură introducerea datelor şi a programelor în memoria internă şi furnizarea rezultatelor. Exemplu: Calculul valorii expresiei e = (a+b) · c Rezultă că un calculator este format din mai multe blocuri funcţionale. Arhitectura unui calculator defineşte un set de reguli prin care subansamblele hardware sunt conectate fizic, fără să se ţină cont de amplasarea lor. Subansamblele sunt definite după funcţia asigurată: unitatea de comandă şi control; unitatea aritmetică-logică; unitatea de memorie internă; unitatea de memorie externă; unităţile de intrare-ieşire. 1. Unitatea Centrală de Prelucrare (Central Processing Unit – CPU) sau Procesorul, este creierul calculatorului care coordonează şi controlează întreaga lui activitate. Procesorul interpretează programele, identifică instrucţiunile din program, decodifică o instrucţiune, recunoaşte codurile operaţiilor, activează circuitele electronice corespunzătore şi execută operaţii aritmetice şi logice. Astăzi, UCP-ul se bazează pe un singur circuit integrat, numit microprocesor. Circuitul integrat este o capsulă în interiorul căreia se găsesc sute de mii de circuite electronice. Acesta se mai numeşte şi cip (chip) şi se montează pe placa calculatorului. Microprocesorul este format din circuite electronice cu ajutorul cărora el poate interpreta şi executa instrucţiunile. Instrucţiunile reprezintă codificarea comenzilor de operaţii pe care trebuie să le execute calculatorul. Deoarece calculatorul este o maşină cu două stări, aceste instrucţiuni vor fi şiruri de cifre binare, iar codul folosit se numeşte cod maşină. Setul de instrucţiuni pe care microprocesorul îl înţelege şi îl execută se numeşte limbaj maşină. Pentru executarea operaţiilor, unitatea aritmetică-logică dispune de o memorie proprie, de dimensiuni reduse, organizată sub formă de registre. Atunci când procesorul execută o instrucţiune, din memoria internă sunt aduse în registre operaţiile pe care trebuie să le execute UAL. Microprocesorul poate executa următoarele operaţii: cele patru operaţii aritmetice de bază: adunarea, scăderea, înmulţirea şi împărţirea; operaţiile logice: AND, OR, NOT şi XOR, cu ajutorul cărora se poate controla ordinea în care se execută operaţiile, folosind: textul, adică operaţia de comparare între două operaţii; saltul condiţionat, adică executarea unei anumite instrucţiuni în funcţie de o condiţie; repetiţia, adică executarea repetată a unei secvenţe de instrucţiuni. 2. Memoria Internă este locul în care sunt aduse programele şi datele pentru a fi prelucrate de procesor. Întrucât toate instrucţiunile şi datele sunt codificate într-o reprezentare binară, memoria va depozita secvenţe de biţi. Fiecare bit este reprezentat printr-un comutator electronic individual, cu două stări: comutator ON – cifra binară 1; comutator OFF – cifra binară 0. Capacitatea de stocare a memoriei se măsoară în unităţi de măsură a informaţiei: Ko, Mo şi Go sau Kb, Mb şi Gb. Informaţia (instrucţiunile şi datele) se găseşte în memoria internă sub formă de cifre binare grupate în octeţi sau în cuvinte pe care le prelucrează procesorul. Memoria internă este împărţită în locaţii de memorie (octeţi) identificate printr-o adresă unică. Adresa este un cuvânt binar prelucrat de procesor, prin care acesta identifică poziţia unei locaţii din memorie. 3. Unitatea de Intrare-ieşire asigură comunicarea calculatorului cu mediul prin intermediul unor echipamente specializate, numite Dispozitive Periferice. Aceste dispozitive sunt: dispozitivele de intrare-ieşire: dispozitive de intrare; dispozitive de ieşire; dispozitive de intrare-ieşire. memoriile externe. a) Dispozitivele de intrare – asigură transmiterea informaţiilor şi comenzilor către calculator prin operaţia de citire (READ). Din această categorie fac parte: tastatura, mouse-ul, cititorul de cartele, cititorul de bandă perforată, creionul optic, stiloul electronic, scanerul, microfonul, etc. Informaţiile citite pot fi: texte, imagini, muzică, comenzi vocale, valori analogice. Indiferent de tipul informaţiei, principiul de funcţionare al unui dispozitiv de intrare este acelaşi: preia informaţia, o împarte în unităţi conform unui algoritm propriu, codifică fiecare unitate într-o secvenţă de biţi şi transmite aceşti biţi procesorului. b) Dispozitivele de ieşire sunt folosite pentru a comunica utilizatorului rezultatele operaţiilor executate şi informaţii despre stare sistemului prin informaţii de scriere (WRITE). Din această categorie fac parte: monitorul, imprimanta, ploterul, difuzorul. Aceste dispozitive primesc secvenţe de biţi de la procesor pe care le decodifică, astfel încât să poată fi înţelese de utilizator sub formă naturală. c) Dispozitivele de intrare-ieşire sunt utilizate pentru a realiza comunicarea în ambele sensuri, prin operaţii de CITIRE şi SCRIERE. Din această categorie fac parte: interfaţa de , consola, placa multimedia. Suporturile de informaţie sunt obiecte folosite de calculator pentru a transmite informaţii între sistem şi utilizator. Acestea pot fi: hârtia, dispozitivele electromagnetice, etc. 4. Memoria Externă este un suport electromagnetic reutilizabil, pe care informaţia se păstrează codificat sub formă binară, prin magnetizarea particulelor feromagnetice după două direcţii de magnetizare, corespunzătoare celor două cifre binare. Păstrarea informaţiilor în afara sesiunii de lucru se face în memoria externă. Suporturile electromagnetice folosite ca memorii externe sunt: banda magnetică, discul magnetic, caseta magnetică. Pe baza componentelor prezentate mai înainte, rezultă că un calculator poate avea o configuraţie minimă şi o configuraţie maximă. Configuraţia minimă este dată de numărul minimum de componente necesar pentru ca sistemul să fie operaţional şi cuprinde, de regulă: procesorul, memoria internă, o unitate de memorie externă, tastatura şi display-ul. Configuraţia maximă este dată de numărul maxim de componente care pot fi conectate la procesor. Între configuraţia minimă şi configuraţia maximă, utilizatorul o poate alege pe cea care să corespundă aplicaţiilor dorite şi posibilităţilor financiare. B .Software-ul. sistemului de calcul este format din programele destinate să asigure conducerea şi controlul procesului de prelucrare a informaţiei, precum şi efectuarea unor lucrări curente. Programul este o colecţie organizată de comenzi de operaţii care sunt transmise calculatorului. Aceste comenzi se numesc Instrucţiuni. Ele sunt codificate în modul binar şi sunt tratate de unitatea de comandă şi control. În instrucţiune nu se precizează operaţii, ci adresele de memorie internă la care se găsesc aceşti operanţi. De exemplu, o instrucţiune conţine următoarele informaţii: codul operaţiei de executat; adresa primului operand; adresa celui de-al doilea operand; adresa locaţiei de memorie a rezultatului. Software-ul este format din două componente: sistemul de operare; programele de aplicaţie. SISTEMUL DE OPERARE cuprinde programele de bază care controlează întreaga activitate a calculatorului. Acesta asigură legătura dintre componentele logice şi fizice ale sistemului, şi este furnizat împreună cu sistemul de calcul de către firma producătoare. PROGRAMELE DE APLICAŢIE sunt mulţimi organizate de instrucţiuni care se atribuie calculatorului pentru a efectua operaţiile specifice unei anumite aplicaţii. Programele de aplicaţie sunt scrise de programatori la cererea utilizatorilor şi codifică, într-un limbaj de programare, algoritmul de rezolvare al problemei respective. Sistemul de operare gestionează resursele calculatorului, care sunt de două tipuri: resurse fizice – componentele hardware; resurse logice – componentele software. Cele mai importante caracteristici ale unui sistem de calcul sunt: capacitatea de memorare; viteza de prelucrare a informaţiei; controlul prin programare; precizia execuţiei. TIPURI DE SISTEME DE CALCUL În evaluarea unui sistem de calcul, sunt luate în discuţie următoarele performanţe: dimensiunea memoriei interne; viteza de prelucrare; numărul de procesoare; dimensiunea memoriei externe; numărul maxim de utilizatori; costul. Calculatoarele se clasifică după mai multe criterii: domeniul de utilizare; modul de reprezentare a datelor; performanţele. 1. În funcţie de domeniul de utilizare, există două tipuri de calculatoare: calculatoare specializate care pot fi folosite numai pentru rezolvarea unui domeniu restrâns de probleme; calculatoare universale care asigură rezolvarea unei game foarte variate de probleme cu ajutorul unor programe aplicative diverse. 2. După modul de reprezentare a datelor, calculatoarele sunt de două tipuri: calculatoare analogice, care creează modelul matematic al unui sistem fizic real caracterizat de anumite mărimi fizice care sunt reprezentate şi manipulate cu ajutorul circuitelor electronice. Operaţiile matematice sunt reproduse cu ajutorul caracteristicilor electrice ale diferitelor elemente de circuit: rezistenţe, capacităţi, tensiuni, etc. Calculatorul este format din blocuri funcţionale care se conectează între ele pentru a rezolva problemele reale ale sistemului fizic. Datele de intrare sunt furnizate continuu cu ajutorul unor echipamente, care le preiau din sistemul fizic real. Calculatoarele analogice sunt folosite pentru conducerea unor procese sau instalaţii. calculatoare numerice, care efectuează calculele cu informaţii reprezentate în cod binar. Prelucrarea se face pe baza unui program memorat care descrie algoritmul de lucru. Aceste sisteme sunt utilizate în diferite domenii, pentru soluţionarea unor probleme care necesită calcule laborioase cu multe date şi analiza unui mare număr de variante, într-un timp scurt. În funcţie de performanţe, calculatoarele numerice se clasifică în: supercalculatoare (calculatoare mari); mainframes (calculatoare medii); minicalculatoare (calculatoare mici); microcalculatoare (calculatoare micro). 1. Microcalculatorul este cel mai simplu sistem de calcul, dotat cu un singur procesor, care poate fi utilizat de un singur utilizator. 2. Minicalculatorul poate fi folosit simultan de mai mulţi utilizatori (20-50 de terminale formate din tastatură şi display) şi are tot un singur procesor. Minicalculatoarele au evoluat spre superminicalculatoare (VAX, SUN), care sunt folosite ca servere de reţea. 3. Mainframe-ul este un sistem cu putere mare de calcul. Acesta poate fi utilizat simultan de foarte mulţi utilizatori şi permite conectarea mai multor sute de terminale. Este dotat cu unul sau două procesoare puternice pentru executarea calculelor şi mai multe procesoare de putere mică, pentru administrarea transferurilor de date cu memoria externă. Este folosit în aplicaţiile de gestiune economică, în întreprinderi foarte mari, în universităţi şi în agenţii guvernamentale mari. Ceea ce deosebeşte un mainframe de un superminicalculator, este capacitatea memoriei externe şi domeniul de aplicabilitate (superminicalculatoarele sunt folosite în aplicaţii de timp real, iar mainframe-ul în prelucrarea tranzacţiilor şi costurilor). 4. Supercalculatorul este un sistem cu o putere foarte mare de calcul. Lucrează în regim multiuser, permiţând conectarea mai multor sute de terminale. Poate avea mai multe procesoare foarte rapide pentru efectuarea calculelor şi un număr şi mai mare de procesoare mai lente, pentru administrarea transferurilor de date. REŢELE DE CALCULATOARE O reţea de calculatoare este formată dintr-un ansamblu de calculatoare conectate între ele, care fac schimburi de date şi folosesc în comun resursele reţelei. Fiecare calculator îşi păstrează independenţa de execuţie şi de gestiune a propriilor resurse. După apariţia calculatoarelor personale, prelucrarea centralizată pe calculatoarele mari a fost înlocuită cu prelucrarea descentralizată pe microcalculatoare. Dezavantajul lipsei comunicării unui sistem personal este compensat prin includerea acestuia într-o reţea Calculatoarele dintr-o reţea pot fi: de acelaşi tip, în cazul reţelelor omogene; de tipuri diferite, în cazul reţelelor eterogene. Reţelele de calculatoare au apărut din necesitatea: de folosire în comun a unor resurse fizice scumpe (imprimante şi hard disk-uri scumpe, plotere, etc.); de folosire în comun a datelor şi a resurselor software. Atunci când mai mulţi utilizatori prelucrează aceleaşi date, este necesar ca variantele fişierelor să fie reactualizate, iar acest lucru se realizează prin reţea. În funcţie de aria de răspândire, există următoarele tipuri de reţele: Reţele locale – LAN (Local Area Networks) au o arie de până la 2 km. şi deservesc o instituţie; Reţele metropolitane – MAN (Metropolitan Area Networks) care acoperă suprafaţa unui oraş; Reţele globale – WAN (Wide Area Networks) cu o arie de răspândire geografică de mărimea unui stat sau continent. Cele mai mare reţele WAN sunt cele de servicii internaţionale (BBS), cum sunt CompuServe şi Internet. La rândul lor, reţelele pot fi conectate între ele, permiţând schimbul de informaţii. Conectarea unor calculatoare diferite se face conform unor standarde de reţea. Realizarea unor reţele de calculatoare necesită următoarele componente: 1. Hardware: calculatoare (noduri) dotate cu periferice din configuraţie; cabluri de transmisie; echipamente specifice reţelei: adaptoare de reţea NIC (Network Interface Card): sun plăci de interfaţă, prin care este posibilă conectarea calculatorului la reţea; modemuri: dispozitive pentru conectarea unui calculator la reţea prin linie telefonică; dispozitiv de ataşare la mediu (transceivers): echipament care transmite şi receptează semnalul între placa de reţea şi un mediu fizic de transmisie, altul decât cel suportat de placa de reţea, cum ar fi transmisia prin unde radio; Hub-uri (hubs): necesare pentru conectarea calculatoarelor într-o reţea de tip stea, prin cabluri individuale; repetoare (repeaters): amplifică semnalul pentru a mări aria de răspândire într-o reţea locală; punţile (bridges): realizează conectarea a doua reţele de calculatoare, care prelucrează informaţia în funcţie de adresa destinatarilor şi expeditorilor; porţile (gateways): permit conectarea unor reţele de calculatoare care folosesc protocoale diferite (ex. o reţea de microcalculatoare conectată la un minicalculator); routere (routers): controlează fluxul de informaţii şi optimizează căile de transfer a datelor; acestea sunt capabile să traducă protocoale de comunicare diferite. 2. Software: Sistemul de operare al reţelei care asigură integrarea echipamentelor şi a software-ului de aplicaţie în reţeaua de calculatoare. Legătura fizică dintre componentele reţelei se realizează prin cablurile şi echipamentele specifice iar legătura logică este stabilită prin sistemul de operare. Sistemul de operare al reţelei este o colecţie de programe prin care sunt gestionate resursele reţelei (echipamente, programe). Nodurile reţelei pot fi servere sau staţii de lucru. 1. Serverele sunt calculatoare care asigură: stocarea pe disc a unui volum mare de informaţii la care pot avea acces şi alte calculatoare din reţea; servicii de tipărire; comunicarea între calculatoare şi gestionarea reţele. 2. Staţiile de lucru sunt microcalculatoare care au acces la resursele serverului şi pot fi sisteme standard (cu HDD) sau sisteme fără HDD (diskless). Reţelele se pot clasifica în: reţele cu server de fişiere (file server), în care un calculator din reţea este server şi îşi partajează resursele cu staţiile de lucru; reţele de la egal la egal (peer to peer), în care orice calculator din reţea poate deveni server la un moment dat, sau staţie de lucru. Din punctul de vedere al modului de lucru al serverului, există: Reţele cu server dedicat; Reţele cu server nededicat. 1. Serverul dedicat este degrevat de orice altă sarcină, fiind folosit numai pentru gestionarea reţelei; 2. În reţelele cu server nededicat, calculatorul desemnat server poate rula şi alte aplicaţii în timp ce oferă şi servicii de reţea pentru celelalte calculatoare. Caracteristicile unei reţele de calculatoare sunt date de: topologie; mediul fizic de transmisie; standardul de transport. Aceste elemente determină viteza reţelei; sunt definite două viteze: viteza de transmisie a semnalelor, care depinde de tehnologia de transport şi se măsoară în BAND (1 band este echivalent cu 1 byte/sec.). viteza datelor care se măsoară în bps (bits per second – bit/s). Se definesc două tipuri de topologii ale reţelei: topologia fizică, adică modul în care sunt legate fizic calculatoarele; topologia logică, adică modul în care sunt transferate datele între componentele reţelei. Există mai multe tipuri de topologii fizice: topologia liniară sau magistrală (Bus Topology); topologia inelară (Ring Topology); topologia stea (Star Topology); topologia stea-inel, în care sunt legate circular mai multe calculatoare dispecer care gestionează fiecare câte o reţea. Mesajele circulă pe inel până când unul dintre calculatoare recunoaşte în antet adresa unui calculator din reţeaua sa. Calculatorul dispecer va prelua mesajul de pe canal şi îl va transmite calculatorului destinatar. Topologia liniară sau magistrală (Bus Topology). În acest caz există un singur canal de comunicaţie la care sunt conectate toate calculatoarele. Cablul de legătură formează o linie de legătură de la un capăt la altul al reţelei. Fiecare calculator este conectat la canalul de comunicaţie şi transmite mesaje în reţea. Fiecare mesaj are un antet care conţine adresa calculatorului destinaţie. Topologia liniară (magistrală) Topologia inelară (Ring Topology). În această topologie, calculatoarele sunt conectate circular. Fiecare calculator este conectat prin intermediul canalului de comunicaţie la alte două calculatoare, astfel încât mesajele circulă de la un calculator la altul, pe un traseu interior, până când un calculator recunoaşte mesajul transmis. Defectarea unui calculator înseamnă întreruperea canalului de comunicaţie. Topologia inelară Topologia stea (Star Topology). În această configuraţie există un calculator central la care sunt legate toate celelalte calculatoare. Toate mesajele sunt schimbate prin intermediul calculatorului central, care are rol de dispecer şi distribuie mesajele în funcţie de adresa utilizatorului. Topologia stea Topologia stea-inel. În acest caz, sunt legate circular mai multe calculatoare dispecer, care gestionează fiecare câte o reţea. Mesajele circulă pe inel, până când unul dintre calculatoare recunoaşte în antet adresa unui calculator din reţeaua sa, preia mesajul şi îl transmite calculatorului destinatar. Topologia stea-inel Mediul fizic de transmisie este suportul fizic pe care se transmit datele sub formă de curenţi electrici sau unde electromagnetice. Acest tip de mediu se poate clasifica în: mediu prin cablu: cablu răsucit, cablu coaxial, cablu cu fibră optică; mediu fără cablu: telefonie celulară, unde radio terestre, unde radio prin satelit, unde laser, microunde, unde meteorice. Mediul de transmisie prin cablu se conectează la plăcile de interfaţă cu reţeaua prin intermediul conectoarelor (de tip T, BNC, DB, etc.). Transportul în reţea reprezintă un set de tehnici folosite pentru transmisia şi recepţia datelor dea-lungul mediului de transmisie. Sunt definite mai multe standarde de transport: ARCnet, Ethernet, Token Ring, FDD1 (standardul ANSI pentru fibră optică). Fiecare standard cuprinde detaliile mediului de transmisie (tipul mediului, lungimea totală acceptată a cablului, etc.), numărul maxim de staţii care pot fi conectate, topologia fizică şi logică a reţelei, metoda de detectare şi corecţie a erorilor, protocolul folosit pentru transmiterea datelor. Legătura de date (Data Link) este o legătură fizică, ce se stabileşte între două calculatoare pentru a face schimb de date. Pentru a realiza legătura de date, este necesar să se stabilească un limbaj comun de dialog şi o disciplină a conversaţiei, adică un protocol de comunicaţie. Acest protocol reprezintă un set de reguli prin care se asigură schimbul de date şi mesaje între două calculatoare între care există o legătură fizică. Protocolul de comunicaţie trebui să asigure: controlul transferului de date; detectarea şi înlăturarea erorilor; optimizarea utilizării liniei de comunicaţie; independenţa faţă de modul de transmisie. Reţelele cu server de fişiere (file server, reţele client-server) sunt formate din: un calculator pe care rulează sistemul de operare al reţelei, numit SERVER DE FIŞIERE; mai multe calculatoare care pot avea acces la resursele reţelei, numite staţii de lucru (workstations, client). La staţia de lucru se află utilizatorul, care este o persoană ce are acces la resursele reţelei. Organizarea clienţilor reţelei este făcută de o persoană numită administrator de reţea. Utilizatorii pot fi organizaţi în cadrul reţelei în grupuri de utilizatori, definite de către administrator. Utilizatorii din cadrul unui grup au aceleaşi drepturi de lucru în reţea. Fiecare grup de utilizatori se identifică printr-un nume unic. La resursele reţelei pot avea acces numai utilizatorii definiţi şi recunoscuţi de reţea. Fiecare utilizator primeşte un cont protejat printr-o parolă. Prin stabilirea parametrilor de conectare se limitează drepturile de acces în reţea ale unui utilizator. Operaţiile de conectare şi deconectare sunt numite logon şi logoff. Problema principală a gestionării reţelei este organizarea securităţii datelor, care se realizează printr-un mecanism de control organizat pe mai multe niveluri. Calculatorul care are rol de server trebuie să fie cel mai puternic din reţea. El trebuie să conţină: un HDD de mare capacitate (sau mai multe); memoria internă cu cea mai mare capacitate; microprocesorul cel mai rapid; suportul fizic pentru controlul imprimantelor; plăcile de interfaţă pentru reţea. Avantajele unei reţele cu server de fişiere sunt: oferă o mare securitate a datelor; partajarea fişierelor se face mai uşor, fiind controlată de server. Cel mai răspândit sistem de operare pentru reţelele cu server de fişiere este NetWare (Novell), care ocupă 70% din piaţa de software pentru reţea. Acesta acceptă o gamă variată de sisteme de operare pentru clienţi: MS-DOS, Windows, OS/2, Unix, Machintosh. Alte sisteme de operare pentru reţea sunt: VINE’S (Virtual Networking System) al firmei Banyan, pentru UNIX; LAN Manager al firmei Microsoft, pentru OS/2; LAN Server al firmei Microsoft şi IBM pentru OS/2; Windows NT Advanced Server al firmei Microsoft. Reţele peer to peer (de la egal la egal). În acest sistem de reţea, fiecare calculator poate fi în acelaşi timp şi client şi server şi se recomandă numai atunci când nu se cer performanţe mari şi se preferă conturi mici. Această reţea suportă viteze mici de lucru şi nu oferă securitate totală a datelor. Se aplică în cazul unui număr mic de calculatoare. Cele mai cunoscute sisteme de operare pentru reţele peer to peer sunt: NetWare Life şi Personal NetWare al firmei Novell (Personal NetWare se poate integra în mediul Windows); Windows for Workgroups al firmei Microsoft; LANtastic al firmei Aotisoft. 2. ARHITECTURA GENERALĂ A UNUI SISTEM DE CALCUL Privit în interior, un sistem de calcul este construit modular, din componente electronice. Partea cea mai importantă este placa de bază (systemboard, mainboard sau motherboard). Aceasta conţine circuitele electronice cele mai importante, microprocesorul şi alte circuite integrate care servesc la îndeplinirea sarcinilor. Unul dintre aceste circuite este ceasul (clock), care stabileşte ritmul de lucru al procesorului. Un alt circuit este coprocesorul matematic, care ajută microprocesorul la calculele matematice. Tot pe această placă de bază se află şi memoriile calculatorului, memoria RAM şi memoria ROM. Alături de placa de bază se află sursa de alimentare (power supply), care asigură tensiunile electrice necesare funcţionării circuitelor electronice. Unităţile de discuri sunt singurele părţi mecanice din calculator şi primesc tensiune direct de la sursă. Pe placa de bază sau în apropiere, se află conectorii la magistrală (bus conectors), prin care sunt conectate la placa de bază plăcile adaptoare (options board) pentru imprimantă, modem, display, unităţi de discuri flexibile. Dacă aceste plăci ar fi legate direct la placa de bază, legăturile şi protocolul de comunicare ar trebui definite separat şi diferit, sistemul pierzând astfel din flexibilitate şi devenind un sistem închis. Pentru a păstra caracterul de sistem deschis şi flexibil, a fost creată magistrala (bus), care reprezintă un canal comun de comunicaţie între plăcile calculatorului. Pe acest canal circulă acelaşi tip de semnale între componente. Magistrala a făcut din calculator un sistem deschis, la care pot fi adăugate oricând plăci opţionale. Plăcile adaptoare sunt introduse opţional în sloturi şi configurează calculatorul după dorinţele utilizatorului. Sloturile sunt conectori care asigură legătura cu magistrala şi comunicarea cu microprocesorul. Cele mai importante plăci opţionale sunt: adaptorul video (display screen adapter), care transformă comenzile calculatorului în imagini vizibile pe ecran; adaptorul unităţii de discuri flexibile (disk drive adapter), care transformă comenzile calculatorului în înregistrări magnetice pe suportul de informaţii şi reciproc; plăcile de memorie (memory boards), care se adaugă memoriei de bază a calculatorului pentru a mări memoria internă; porturile seriale şi paralele (serial and parallel ports), prin care se pot conecta imprimanta şi modemul pentru transmisie. UNITATEA DE MEMORIE 1. Structura şi funcţiile unităţii de memorie. Caracteristicile memorie interne sunt: capacitatea, timpul de acces şi ciclul de memorie. Capacitatea memoriei interne arată dimensiunea depozitului de informaţie; Timpul de acces reprezintă intervalul de timp care se scurge din momentul în care s-a emis o cerere de acces la memorie pentru a se executa o operaţie de citire sau scriere şi până în momentul în care a început să se execute efectiv operaţia respectivă. Se măsoară în microsecunde sau monosecunde; Ciclul de memorie reprezintă intervalul de timp în care se realizează o operaţie în memorie (citire sau scriere). Se măsoară în microsecunde sau monosecunde. Există două tipuri de memorie internă: memorie ROM; memorie RAM. Memoria ROM (Read-Only Memory) este o memorie permanentă care se poate citi dar nu se poate scrie. În ROM este manevrat un microprogram de tip firmware (înscris de către producător), destinat iniţierii lucrului cu calculatorul la punerea sub tensiune a acestuia. Utilizatorul nu are acces la memoria ROM. Memoria RAM (Random Access Memory) este o memorie în care se poate scrie şi din care se poate citi. La scoaterea de sub tensiune a sistemului, informaţiile scrise aici se pierd. Memoria RAM păstrează programele sistemului de operare al utilizatorului, iar utilizatorul are acces la aceasta. Capacitatea memoriei interne a unui calculator este dimensiunea memoriei RAM şi este o caracteristică de performanţă a sistemului. De memoria RAM depinde lungimea maximă a unui program care poate fi încărcat într-o sesiune de lucru şi executat de procesor. Programele rulează în memoria internă a calculatorului. Acest lucru înseamnă că datele şi programul sunt încărcate în memoria internă, instrucţiunile sunt executate de microprocesor iar rezultatele sunt aduse în memoria internă. Numărul de biţi din memoria internă este constant. Când un program este încărcat într-o zonă de memorie, comutatoarele de aici sunt setate să reprezinte instrucţiuni, date sau biţi rămaşi liberi. Transferul de biţi în şi din memorie este realizat de microprocesor, care execută două operaţii: depozitează secvenţele de biţi în memorie (store); extrage secvenţele de biţi din memorie (fetch). Depozitarea secvenţelor de biţi în memorie se face prin schimbarea stării comutatoarelor astfel încât să reprezinte noile valori, vechile valori fiind şterse. Extragerea secvenţelor de biţi din memorie înseamnă copierea acestor biţi în registrele procesorului, fără modificarea stării comutatoarelor din memorie. Noile generaţii de calculatoare sunt dotate cu memorie CMOS permanentă, în care se poate scrie şi citi. Această memorie păstrează conţinutul în afara sesiunii de lucru, deoarece are un acumulator propriu care îi asigură alimentarea atunci când este oprit. În CMOS sunt păstrate informaţii despre configurarea calculatorului, tipul şi capacitatea HDD, tipul FDD, capacitatea memoriei interne, data calendaristică, parola de acces, etc. Aceste informaţii pot fi modificate de utilizator atunci când se reconfigurează calculatorul. Acumulatorul acestei memorii se încarcă singur atunci când se alimentează calculatorul. Calculatoarele au o memorie mai specială numită memoria CACHE. Aceasta aparţine microprocesorului şi este o memorie tampon între memoria RAM şi microprocesor. Memoria CACHE este o memorie mult mai rapidă decât memoria RAM. Microprocesorul este şi el mai rapid decât memoria RAM, de aceea la execuţia unui program este posibil ca microprocesorul să aştepte după memoria RAM. Timpii de aşteptare pot fi eliminaţi dacă microprocesorul este dotat cu memorie CACHE, unde pot fi aduse din RAM blocuri de instrucţiuni pentru a fi executate de microprocesor. Cu cât memoria CACHE este mai mare, cu atât creşte viteza de lucru a calculatorului. Organizarea Memoriei Interne Memoria internă este un depozit de informaţie în care comenzile, semnalele, textele, numerele, imaginile, etc., sunt reprezentate în codificare binară. Pentru regăsirea informaţiei memoria internă a fost împărţită în locaţii de memorie care se identifica după o adresă unică. Dimensiunea locaţiei de memorie diferă de la un tip de calculator la altul şi poate fi de la 1 bit la 60 biţi (8 , 12 , 16 ,18 , 24 , 27 , 32 , 36 , 48 , 60). Lungimea cuvântului de adresă reprezintă numărul de cifre binare folosite pentru exprimarea adresei. Acest număr de cifre binare determină câte numere binare diferite pot fi exprimate cu aceste cifre, deci numărul de adrese diferite care pot fi exprimate. Lungimea cuvântului de adresă determină valoarea maximă a unei adrese şi deci capacitatea maximă a memoriei care poate fi adresată. Exemplu : cu o cifră binară se pot scrie 2 numere binare diferite : 0,1, 21 numere binare; cu două cifre binare se scriu 4 numere binare diferite : 00, 01, 10 ,11 22 numere binare; cu trei cifre binare se scriu 8 numere binare diferite : 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 adică 23 numere binare; cu patru cifre binare se pot scrie 16 numere binare diferite : 0000, 0001, 0010, 0100, 1000, 0011, 0101, 1010, 0110, 1100, 1001, 0111, 1011, 1110, 1111, adică 24 = 16. Rezultă că pentru “n” cifre binare se pot scrie 2n numere binare diferite. Dacă un calculator foloseşte un cuvânt de adresă cu 16 cifre atunci se pot aduna 216 octeţi deci 26 Kocteţi, adică 64 K. Primele calculatoare foloseau cuvinte de adresă de 16 biţi, iar următoarele generaţii de calculat folosesc cuvinte de 32 biţi. Mecanismul de gestionare a memoriei interne depinde de sistemul de operare folosit. Reprezentarea datelor Calculatorul este o maşină cu două stări. El înţelege, manipulează şi prelucrează şiruri de cifre binare, care semnifică semnale, comenzi, informaţii, date. Informaţia dintr-un text corespunde limbajului uman care foloseşte 10 cifre ( 0,1,…,a ) 26 de litere mici, 26 de litere mari şi caractere speciale. Acest ansamblu de simboluri nu poate fi înţeles de către calculator, care înţelege numai sistemul binar. Informaţia trebuie să fie transformată astfel încât să fie înţeleasă de calculator, în formă binară. Operaţia de transformare a informaţiei din forma de reprezentare externă, care este inteligibilă pentru om, în forma de reprezentare internă pe care o poate înţelege calculatorul, se numeşte codificare internă a informaţiei. 1 octet Datele Calculatorul este o maşină care prelucrează date. Datele sunt reprezentarea fizică pe un suport material a entităţilor din care este formată informaţia (cifre, litere, caractere speciale, desene, sunete, etc.) pentru ca aceasta să poată fi prelucrată, transmisă sau scrisă în memorie. Rezultă că sistemul de calcul prelucrează informaţii. Data este un model de reprezentare a informaţiei, accesibilă unui procesor (om, calculator sau program), care este preluat pentru a obţine noi informaţii. Ĩntre informaţie şi dată există următoarele deosebiri : informaţia este obiectul ; data este modelul de reprezentare al obiectului . Informaţia şi data coincid atunci când modelul de reprezentare coincide cu obiectul. Din punct de vedere logic, data poate fi reprezentată printr-un triplet de forma: d = ( i, v, a ) atribute valoare DATà identificator ă datei pentru a o putea distinge de alte date pentru a putea fi referită în timpul prelucrării . Valoarea datei poate fi precizată prin enumerare sau printr-o proprietate comună. După valoarea, datele pot fi variabile sau constante. . 0 : < @ T ␃愃̤摧䢙3 ̤̀☊଀െ愀̤摧䢙3 T ` ð ò h8C # h8C h8C h8C B* h8C 8 h8C h8C h8C h8C h8C h8C B* ␃ᄃ斄态斄愁̤摧ƿÆ ̤̀☊଀੆愀̤摧ⰗG ̤̀☊଀੆愀̤摧"q ␃ᄃ梄ጁ碤怀梄愁̤摧䉡v B* B* B* B* ␃ᄃ梄ጂ碤怀梄愂̤摧᯾í ̤̀☊଀㹆愀̤摧᯾í ̤̀☊଀❆愀̤摧措x B* B* B* B* B* B* B* B* & & & B* B* B* B* B* ␃༃얄ጂ碤帀얄愂̤摧᯾í ̤̀☊଀݆愀̤摧᧐N ̤̀☊଀䡆愀̤摧㻱µ B* B* B* B* B* = 8 h8C = # h8C = = B* B* ␃愃̤摧䢙3 ̤̀☊଀ॆ愀̤摧哷¬ ␃ᄃᲄ态ᲄ愁̤摧᯾í ̤̀☊ଁࡆጀ碤愀̤摧㺦y ̤̀☊଀♆愀̤摧ဓ ␃༃얄ጂ碤帀얄愂̤摧᧐N ̤̀☊଀ņ愀̤摧᧐N ̤̀☊଀ๆ愀̤摧矸è B* B* B* B* hû# ho B* B* B* B* B* há hã B* hã hã ␃愃̤摧⬦5 ␃愃̤摧䧕R ̤̀☊଀⭆愀̤摧⬦5 B* B* B* B* B* B* B* ␃༃얄ጂ碤帀얄愂̤摧㺦y ̤̀☊଀㉆愀̤摧暳Ð ̤̀☊଀ㅆ愀̤摧暳Ð ␃༃얄ጂ碤帀얄愂̤摧佁 ̤̀☊଀⹆愀̤摧伄H ␃༃梄市梄愂̤摧博- B* B* B* B* ␃愃̤摧ᖎÝ ␃愁Ĥ摧捡¶ B* B* ␃愃̤摧ᖎÝ ␃ᄃ梄怂梄愂̤摧堔º ␃༃檄ጂ碤帀檄愂̤摧倇à ␃愃̤摧倇à B* B* B* B* B* B* ␃愃̤摧⬦5 ␃ᄃ梄ጂ碤怀梄愂̤摧䒴A ̤̀☊଀䉆愀̤摧ᖎÝ B* B* B* B* ␃༃梄市梄愂̤摧⍹> ̤̀☊଀䕆愀̤摧ǴÆ ␃ᄁ梄怂梄愂Ĥ摧狇‘ B* B* B* ␃ᄃ檄ጂ碤怀檄愂̤摧湰œ ␃ᄃ얄ጂ碤怀얄愂̤摧䫍 h…> B* B* B* B* ̤̀☊଀䱆愀̤摧䫍 ̤̀☊଀䭆愀̤摧䫍 Ð B* ␃༃梄币梄愁̤摧䫍 B* B* B* B* B* ̤̀☊଀詆愀̤摧䫍 ̤̀☊଀剆愀̤摧䫍 ̤̀☊଀兆愀̤摧䫍 ␃ᄃ얄怂얄愂̤摧䫍 ̤̀☊଀但愀̤摧䫍 proprietăţi ale acesteia care determină modul în care poate fi aceasta tratată în procesul de prelucrare. Iată exemple de atribute : tipul datei – numeric (întreg, real), logic, alfanumeric; precizia reprezentării interne (simplă precizie, dublă precizie, extinsă); alinierea datei în zona de memorie afectată (aliniată la dreapta sau la stânga); Reprezentarea internă a datelor se face diferenţiat în funcţie de tipul datei. REPREZENTAREA DATELOR ALFANUMERICE Reprezentarea informaţiei alfanumerice se face prin cuvinte de cod de 8 cifre binare. Lungimea de 8 cifre permite construirea a 256 cuvinte de cod diferite care acoperă necesarul unei aplicaţii. Lungimea de 8 cifre binare a devenit un standard impus de firma IBM, prin codul EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code). Următorul cod care s-a impus a fost codul ASCII pe 8 biţi. Codul ASCII (American Standard Code for Information Interchange) a devenit codul calculatoarelor compatibile IBM, PC şi conţine setul extins de caractere în număr de 256. Fiecare caracter (literă, cifră, blanc sau caracter special) este codificat printr-o frecvenţă de lungime fixă (8 cifre binare) folosind codul ASCII. Astfel, caracterul A va fi reprezentat prin secvenţa de 8 cifre binare 01000001, iar caracterul 9 prin secvenţa 00111001. Asupra datelor de tip alfanumeric se pot face operaţii de CONCATERNARE şi COMPARARE. Reprezentarea Numerelor Reprezentarea internă a datelor numerice se face diferenţiat, în funcţie de tipul informaţiei : numere întregi cu semn sau fără semn; numere reale. Asupra datelor de tip numeric lucrează operatorii aritmetici + , - , * , / , şi de comparare < , > , =, #, >=, >=. Reprezentarea numerelor întregi. Fiecare număr întreg pozitiv sau negativ este codificat ca un număr binar de lungime fixă. Lungimea secvenţei, binare este multiplu de 8 biţi : 8,16,32… . Pentru completarea secvenţei de biţi se adaugă zerouri nesemnificative. La reprezentarea întregilor cu semn, primul bit din stânga reprezentării indică semnul numărului, astfel: 1 pentru număr negativ şi 0 pentru număr pozitiv. Exemplu: dacă se reprezintă un întreg fără semn, fie 9 acest număr, pe 16 biţi atunci se obţine: 9(10)= 1001(2) 0000 0000 0000 1001. Rezultă că domeniul de reprezentare a întregilor fără semn, utilizând 8 cifre binare este 0…255, iar pentru 16 cifre binare, 0… + 65535. Domeniul de definiţie al unei date de tip numeric întreg cu semn, reprezentat pe 8 cifre binare(pe un octet sau un byte) este –128… +127, iar pe cuvinte de 16 biţi este de –65536…+65535. Reprezentarea numerelor reale. Numerele reale sunt formate din semn, parte întreagă şi parte fracţionară. Acestea pot fi reprezentate în două moduri în virgulă fixă (binary fixed print) sau în virgulă mobilă (binary floating print). Ĩn reprezentarea în virgulă fixă se presupune că partea întreagă este despărţită de partea fracţionară printr-o virgulă imaginară care se află într-o poziţie fixă. Ĩn acest caz sunt fixe atât numărul de poziţii ale părţii întregi cât şi numărul de poziţii ale părţii fracţionare. Acest mod de reprezentare a realilor este dezavantajos deoarece nu permit decât reprezentarea unei game restrânse de numere reale. Ĩn virgulă mobilă, numerele sunt reprezentate prin exponent şi mantisă în aşa numita notaţie ştiinţifică. Se ştie că orice număr poate fi scris explicitând diferite puteri ale lui 10 (exponenţi). Ĩn acest fel poate fi controlată poziţia virgulei zecimale, care îşi schimbă locaţia în funcţie de valoarea exponentului. Exemplul 1: 43,7 = 437 * 10(-1) = 437E-1. 437 este mantisă iar –1 este exponentul. Conform acestei convenţii, dacă se foloseşte un cuvânt de 32 biţi, pentru reprezentarea unui real în virgulă mobilă, atunci repartizarea biţilor se va face astfel :1 bit pentru semnul numărului, 1 bit pentru semnul exponentului, 7 biţi pentru exponent şi 23 de biţi pentru mantisă. Exemplul 2: 12,5(10) =1100,1(2) =0,11001(2)*24=11001(2)*10(2)100(2), mantisa este 11001; exponentul este 4(10)=100(2) ; bitul de semn al numărului = 0 ;bitul de semn al exponentului = 0 ; iar reprezentarea numărului este 0 0 0000100 11001 00 0000 0000 000 0000 bit semn bit semn exponent valoare biţi nesemnificativi număr exponent mantisă pentru completare mantisă Se poate demonstra că domeniul de valori al unei date pe 32 biţi din care 7 pentru exponent şi 23 pentru mantisă este: -1038… 1038, iar data va avea maxim 7 cifre semnificative. Reprezentarea în virgulă mobilă permite memorarea numerelor reale de diferite dimensiuni cu o precizie foarte mare. Ĩn funcţie de numărul de biţi folosiţi pentru reprezentarea numărului există : reprezentare în simplă precizie – pe 32 de biţi; reprezentare în simplă precizie – pe 64 de biţi. Reprezentarea desenelor şi sunetelor. Desenele şi sunetele sunt şi ele codificate în secvenţe de cifre binare. Pentru codificare se stabilesc niveluri de luminozitate pentru desene sau niveluri de semnal sonor pentru sunete. Aceste niveluri se codifică prin numere întregi care pot fi reprezentate în sistem binar. Acest procedeu se numeşte digitizarea desenelor şi sunetelor. Unitatea centrală Microprocesoarele diferă între ele prin : numărul de instrucţiuni executate în unitate de timp; viteza de execuţie; cantitatea de memorie pe care o pot adresa . Indiferent de tip, orice procesor conţine 4 mari blocuri funcţionale : unitatea de comandă şi control (UCC); unitatea aritmetică-logică (UAL); registrele proprii; unitatea de interfaţă cu celelalte componente ale sistemului (UI). UCC-ul, UAL şi registrele formează împreună unitatea de execuţie (UE), care realizează efectiv operaţiile. Unitatea de comandă şi control coordonează şi controlează întreaga activitate de prelucrare la nivelul componentelor calculatorului. Acesta (UCC) execută instrucţiunile unui program (memorat în memoria internă la adrese succesive) astfel: extrage din memoria internă a calculatorului o instrucţiune din program; decodifică instrucţiunea pentru a afla ce operaţie trebuie să execute şi ce date vor fi folosite; extrage din memoria internă datele necesare prelucrării; activează circuitele electronice corespunzătoare din UAL pentru a executa operaţia cu datele solicitate; scrie la o anumită adresă de memorie rezultatul obţinut în urma executării operaţiei solicitate. Registrele folosesc ca memorie tampon în timpul executării unei instrucţiuni. Unitatea aritmetică-logică (UAL) reprezintă ansamblul de circuite electronice prin care se realizează prelucrarea datelor cerute prin instrucţiuni sau comenzi. Prelucrarea se face prin operaţii aritmetice, logice şi de comparare. Fiecare circuit este specializat să realizeze un una din operaţiile de bază. Registrele proprii funcţionează ca o memorie proprie a procesorului în care acesta păstrează temporar informaţiile .Există mai multe tipuri de registre : registrul de date în care sunt stocate datele şi rezultatele prelucrării; registrul de instrucţiuni în care se păstrează codul instrucţiunii curente; registrul contor – program în care este memorată adresa instrucţiunii care urmează să fie executată; registrul contor – date în care se păstrează adresa datelor care urmează să fie prelucrate. Unitatea de interfaţă cu celelalte componente ale calculatorului (UI) asigură, prin intermediul magistralei, legătura dintre procesor şi celelalte componente ale sistemului: memoria internă şi dispozitivele de intrare-ieşire . Acesta (UI) realizează funcţia de transfer al datelor de la şi spre procesor. Comunicarea microprocesorului cu celelalte componente cum ar fi controlerul adaptorului de discuri, controlerul adaptorului video, etc., se face prin intermediul unor puncte de intrare în microprocesor numite porturi. Acesta identifică printr-un număr unic ce funcţionează ca un număr telefonic. Calculatorul şi implicit microprocesorul desfăşoară diferite activităţi care au nevoie pe rând de microprocesor. Rezultă că mp. trebuie să întrerupă o activitate pentru a executa altă activitate. De exemplu, acţionarea unei taste determină o întrerupere. Întreruperile pot fi determinate prin mecanisme hardware şi software . Întreruperea hardware este declanşată de un semnal numit cerere de întrerupere, prin care i se cere microprocesorului să acţioneze ca urmare a unui eveniment. Fiecare întrerupere are un număr de identificare. Prin acest număr, microproce