ROLUL sI FUNCŢIILE SISTEMELOR DE CALCUL - calculatorul

ROLUL sI FUNCŢIILE SISTEMELOR DE CALCUL

1.1. Informatia

Definitie: informatia este un mesaj obiectiv care elimina nedeterminarea în legatura cu realizarea unui eveniment.

Informatia poate fi sub forma de :

-         desene

-         sunete

-         numere

-         texte

-         imagini

Prima problema care s-a pus la constructia calculatoarelor a fost alegerea sistemului de numeratie ce va fi utilizat pentru prelucrarea informatiei numerice.

Omul lucreaza în sistemul de numeratie zecimal folosind în scrierea numerelor 10 simboluri numite cifre: 0, 1, ..., 9. Numarul de simboluri utilizate determina sistemul de numeratie în care a fost scris un numar oarecare.

Sistemul de numeratie ales pentru constructia calculatorului a fost sistemul binar. El contine doua simboluri: 0 si 1, cu ajutorul carora se pot reprezenta numere de orice dimensiuni.

Unitatea de masura folosita pentru masurarea cantitatii de informatie se numeste informatie elementara. Ea este informatia furnizata prin precizarea unei variante din 2 posibile. Daca celor 2 variante li se asociaza cele 2 cifre binare 0 si 1, înseamna ca informatia va putea fi reprezentata în sistemul de numeratie binar. Informatia elementara se mai numeste BIT ( BInary digiT ). Bitii se grupeaza cîte 8 si formeaza 1 byte sau 1 octet. Deci :

1 byte ( se scrie 1 B ) sau 1 octet = 8 biti

Daca unitatile de masura cunoscute ( metrul, gramul ) folosesc pentru construirea  multiplilor factorul de multiplicare 10, 100, 1000 ( = 10³ ), unitatile de informatie folosesc ca factor de multiplicare  2¹⁰ = 1024, astfel:

2¹⁰ octeti = 1024 octeti = 1 Ko ( kilooctet )  = 1 KB ( Kilobyte )

2¹⁰ Ko = 1024 Ko = 1 Mo ( 1 Megaoctet ) = 1 MB ( 1 Megabyte )

2¹⁰ Mo = 1024 Mo = 1 Go (1 gigaoctet ) = 1 GB ( 1 Gigabyte ) .......

            Pentru a codifica textele  în binar se foloseste codul ASCII ( American Standard Code for Information Interchange ). Cu 8 cifre binare ( 8 biti ) s-a construit acest cod care permite realizarea a 2⁸ = 256 combinatii. Acestea sînt suficiente pentru a reprezenta litere mari / mici, cifrele, semne speciale, comenzi, semnale, etc. Înseamna ca orice tasta apasata va trimite catre procesor un octet specific, unic.

 1.2. Ce este calculatorul ?

Definitie : calculatorul este o masina care trebuie sa stie sa prelucreze informatia. Orice informatie manipulata de calculator va fi modelata sub forma de secvente de biti.

Calculatorul este un ansamblu de circuite electrice, electronice si parti mecanice, ansamblu numit HARDWARE, adica partea fizica, vizibila a calculatorului. Partea logica, invizibila a calculatorului este formata din programe, numite SOFTWARE, care sînt ansambluri de comenzi de operatii numite instructiuni, care se dau calculatorului pentru a prelucra într-un anumit mod informatia.

1.3. Informatica

Definitie : informatica este un complex de discipline prin care se asigura prelucrarea rationala a informatiilor folosind calculatoarele.

Astazi informatica e divizata în 9 subdomenii:

1.4. Structura unui sistem de calcul

            Prelucrarea informatiei se realizeaza dupa urmatoarea schema:

 

Pentru realizarea acestor operatii, calculatorul este alcatuit din cele 2 componente mai sus amintite:  HARDWARE si  SOFTWARE .

1.4.1. Componenta HARDWARE

Functiile componentei Hardware:

a)      functia de memorare

§         memoria interna - locul în care sînt aduse programele si datele pentru a fi prelucrate de procesor

§         memoria externa - suporturi de informatie externe

b)      functia de prelucrare - asigurata de Unitatea Aritmetico - Logica ( UAL )

c)      functia de comanda si control - asigurata de Unitatea de Comanda si Control ( UCC )

d)      functia de intrare / iesire - asigurata de :

§         dispozitive periferice de intrare / iesire

§         interfete de intrare / iesire

1.4.2. Componenta SOFTWARE

            Contine doua mari componente:

a)      sistemul de operare

b)      programele de aplicatie ( aplicatiile sau programele )

Caracteristicile unui calculator sînt:

Ø   capacitate mare de memorare

Ø   viteza de prelucrare foarte mare

Ø   controlul operatiilor executate printr-un program memorat

Ø   precizia executiei operatiilor

Ø   lipsa intuitiei - calculatorul nu poate face decît acele instructiuni pe care le-a primit de la om ( utilizator ), fara sa stie daca este corect sau nu.

1.5. Componentele unui calculator PC

            Privit din exterior un PC are urmatoarea alcatuire:

Ø   o cutie numita unitate centrala

Ø   o tastatura (keyboard)

Ø   un ecran (display)

În interior avem:

Ø   placa de baza (system board sau mother board) cu diverse circuite electronice:

§         microprocesor

§         ceas (clock)

§         memorii ROM si RAM

Ø   sursa de alimentare (power supply) - furnizeaza maxim 12 V DC

Ø   conectori la magistrala (bus connectors) - conecteaza la placa de baza placile adaptoare sau interfetele

Ø   placi adaptoare sau interfete

§         adaptorul / placa video (display screen adapter) - transforma comenzile calculatorului în imagini pe ecran

§         adaptorul unitatii de disc (disk drive adapter)

§         placi de memorie (memory boards)

§         porturi serial si paralel (serial and paralel ports) - pentru conectarea imprimantei si modemului

Configuratia generala a unui calculator poate sa contina urmatoarele dispozitive periferice:

Ø   dispozitive de intrare:

§         tastatura (keyboard)

§         mouse (mouse)

§         scanner (scanner)

§         creion optic

§         microfon

Ø   dispozitive de iesire:

§         ecran (display)

§         imprimanta (printer)

§         plotter (plotter)

§         difuzoare

Ø   dispozitive de intrare / iesire:

§         placa video

§         placa de sunet

§         modem (modem)

Ø   memorii externe:

§         HDD - hard disk (Hard Disk Drive)

§         disc flexibil (Floppy Disk)

§         disc compact (CD-ROM, CD-RW, DVD, DVD +/- R / RW)

§         carduri de memorie - Secure Digital, Memory Stick, Flash Pen Drive, ...

§         caseta magnetica

Calculatoarele pot fi:

Ø   de birou 

§         desktop - cu unitatea centrala pe orizontala

§         mini-tower - cu unitatea centrala pe verticala

Ø   portabile - laptop sau notebook ( PDA - Personal Digital Assistant )

Ø   Barebone - calculatoare specializate pentru multimedia

1.5.1. Microprocesorul - caracteristici

P      Tipul microprocesorului - defineste apartenenta lui la o familie de microprocesoare ce au caracteristici comune. Pe piata actuala avem procesoare:

·        Intel - folosite la calculatoarele IBM sau compatibile IBM

·        AMD- folosite la calculatoarele compatibile IBM

·        Motorolla - folosite la calculatoarele Macintosh realizate de firma Apple

P      Frecventa de lucru a microprocesorului - este frecventa de tact a ceasului. Ea se masoara în Mhz (megahertzi, adica milioane de impulsuri pe secunda). Cu cît frecventa e mai mare, procesorul e mai performant

P      Cuvîntul microprocesorului - este numarul de biti care pot fi prelucrati la un moment dat de procesor. Cuvîntul poate fi de 8, 16, 32, 64 biti. Cu cît cuvîntul are mai multi biti, viteza de lucru a procesorului este mai mare

P      Viteza de lucru a microprocesorului - viteza cu care procesorul executa o instructiune. Viteza se masoara în MIPS (milioane de instructiuni pe secunda - Millions of Instructions executed Per Second). Un procesor performant are viteza de ordinul 20 MIPS.

1.5.2. Memoria interna

a)      Memoria ROM (Read Only Memory)

-        este o memorie din care se poate citi, dar în care nu se poate scrie

-        este remanenta - la scoaterea de sub tensiune a calculatorului, informatia din ea se pastreaza

-        e folosita pentru memorarea unui microprogram destinat initierii lucrului cu calculatorul la punerea lui sub tensiune

b)      Memoria RAM (Random Access Memory)

-         memorie din care se poate citi si în care se poate scrie

-         este o memorie volatila la scoaterea de sub tensiune a calculatorului, informatia din ea se pierde

-         pastreaza programele sistemului de operare si ale utilizatorului în timpul lucrului

-         de marimea ei depind drastic performantele sistemului de calcul

1.5.3. Tastatura

            Tastatura contine în mod obisnuit 4 blocuri de taste:

1)      tastatura alfanumerica - contine taste aranjate conform standardului de la masinile de scris.

Cu ele se pot genera:

Ø   caractere:

-         cifre: 1, 2, ..., 9, 0

-         litere mici sau mari

-         semne speciale

-         spatiu - tasta Space

Ø   comenzi:

-         retur de car si salt la linie noua - tasta Enter (simbolizata si cu semnul ¿ )

-         saltul cursorului cu un numar de coloane - tasta Tab (tasta de tabulare)

-         întreruperea executarii unui program - tasta Esc (Escape)

-         copierea în memoria RAM a imaginii ecranului - tasta Print Screen

-         suspendarea temporara a executarii unui program - tasta Pause / Break

2)      tastatura de editare - a edita un text înseamna a-l scrie si a-l corecta. Textul e afisat pe ecran însotit de o bara mica verticala sau orizontala numita cursor, care arata pozitia în care se va scrie urmatorul caracter.

Cu tastele de editare se pot executa urmatoarele operatii:

Ø   deplasare în text:

-         taste cu sageti - deplaseaza cursorul cu o pozitie în sensul sagetii

-         tastele Page Up / Page Down - deplaseaza cursorul cu o pagina în sus / jos

-         tasta Home - deplaseaza cursorul la început de text

-         tasta End - deplaseaza cursorul la sfîrsit de text

Ø   stabilirea tipului de corectura - tasta Insert comuta între:

-         corectura cu suprascriere - caracterul scris de la tastatura va fi scris în pozitia cursorului, iar caracterul din pozitia cursorului se distruge

-         corectura cu inserare - caracterul scris de la tastatura va fi scris în pozitia cursorului, caracterul introdus de la tastatura va fi scris în pozitia cursorului, iar textul va fi împins la dreapta o pozitie

Ø   stergerea în text: se poate face în doua moduri, folosind una din tastele:

-          Delete - sterge în o pozitie dreapta cursorului

-          Backspace sau  ¬  : sterge o pozitie în stînga cursorului

3)      tastatura numerica - folosita pentru lucrul cu date numerice. Tastatura numerica functioneaza tastînd numere numai daca este activata functia NumLock, lucru semnalat prin aprinderea unui led verde în dreptul optiunii cu acelasi nume.

4)      taste functionale - dau comenzi diferite în functie de programul în care se lucreaza la un moment dat

Pentru generarea codurilor de caractere si comenzi, exista 2 tipuri de taste:

1)      taste reci - Shift, Ctrl (se citeste Control) si Alt -la apasarea uneia din ele, fara a apasa simultan si alta tasta, nu se da nici o comanda.

2)      taste calde - celelalte taste, care actionate, genereaza cod inteligibil pentru calculator, reprezentînd un caracter sau o comanda.

O tasta rece se foloseste împreuna cu o tasta calda pentru a schimba codul acesteia din urma. Aceasta combinatie se noteaza astfel: tasta rece + tasta calda. De exemplu: Ctrl + C.

Tastarea combinatiei se face astfel: se apasa tasta rece si se tine apasata, apoi se apasa o singura data tasta calda.

Pe tastatura alfanumerica observati numai litere mari, dar la apasarea lor se tasteaza litere mici. Pentru a tasta ocazional o litera mare, se foloseste combinatia Shift + tasta literei dorite.

Tot pe tastatura alfanumerica exista taste cu doua semne speciale desenate pe acestea. Regula de scriere este urmatoarea: apasarea tastei introduce semnul de jos de pe buton;              Shift + aceeasi tasta introduce semnul de sus de pe buton.

Mai exista un tip de taste, care comuta anumite functiuni ale unor anumite taste între doua valori posibile. Ele se numesc taste comutator si sînt urmatoarele:

Ø   tasta Caps Lock - comuta între scrierea numai cu litere mici (ledul Caps Lock stins) si scrierea numai cu majuscule

Ø   tasta Num Lock

Ø   tasta Insert

1.5.4. Mouse-ul

            Este un dispozitiv periferic de intrare. Miscarea lui pe masa de lucru e însotita de miscarea unui semn grafic pe ecran, numit cursor de mouse.

            Cu ajutorul lui se pot executa, în mod obisnuit, 5 operatii:

P    indicare (point) - doar se asaza vîrful sagetii cursorului de mouse pe obiectul dorit

P    clic (click) - se actioneaza o data, scurt un buton al mouse-ului

o       stînga

o       dreapta

P    dublu clic (double click) - se actioneaza scurt, de doua ori succesiv un buton al mouse-ului

P    glisare sau tragere (drag and drop) - se tine apasat un buton si se deplaseaza mouse-ul pe masa reala

P    derulare - folosind rotita de scroll

1.5.5. Scanner-ul

            Este un dispozitiv de intrare care "citeste" imagini, care sînt formate din puncte de culoare si le transforma în informatie (biti). El e caracterizat prin:

P    Rezolutie - este numarul de puncte / inch pe care le poate citi scanner-ul. Inch-ul este o unitate de masura pentru lungime. 1 inch = 25,4 mm . Rezolutia se masoara în dpi (dots per inch - puncte pe inch). Cu cît rezolutia este stabilita la o valoare mai mare, cu atît imaginea scanata se apropie de realitate.

P    Numar de culori - este setul de culori pe care le poate distinge scanner-ul

P    Viteza de scanare - este viteza cu care un scanner citeste si prelucreaza o imagine

1.5.6. Monitorul

Monitorul transforma pe ecran informatia sub forma de biti trimisa de placa video în imagine. Pe ecran se gasesc puncte mici de culoare, numite pixeli (rosu, verde si albastru). Caracteristicile monitoarelor:

P    Tipul constructiv

o       cu tub CRT

o       cu cristale lichide

o       cu plasma

P    Diagonala - 14, 15, 17, 19, 21, 24, ... inch

P    Radiatia monitorului - se recomanda folosirea de ecrane de protectie sau monitoare Low Radiation

P    Tipul semnalului folosit

o       Cu semnal analogic

o       Cu semnal digital

P    Rezolutie - este numarul de pixeli de pe ecran. Pixelul este un punct de culoare de pe ecran. Valoarea rezolutiei se obtine astfel: nr. de pixeli pe orizontala x nr. de pixeli pe verticala. Cu cît rezolutia e mai mare, imaginea e mai clara

P    Definitie - este distanta dintre doua puncte pe ecran (de ex. 0,28 mm). Cu cît definitia e mai mica, imaginea e mai clara

P    Numar de culori - este numarul de culori folosite pentru crearea imaginii. Valori uzuale: 256,  2¹⁶ (culori codificate pe 16 biti), 2²⁴, 2³² .

P    Viteza de afisare - depinde viteza cu care placa video poate prelucra imaginile si de memoria folosita pentru stocarea imaginii

P    Rata de refresh - frecventa de împrospatare a imaginii în plan vertical - se masoara în Hz

1.5.7. Imprimanta

Este un dispozitiv periferic de iesire prin care calculatorul comunica rezultatele prelucrarii datelor pe un suport de hîrtie, plastic, textil. Respectivul suport este parcurs de imprimanta într-un singur sens.

Caracteristici:

P    rezolutie - numar de puncte afisate / inch. Se masoara în dpi

P    viteza - se masoara în ppm (pagini pe minut) sau cpm (caractere pe minut)

P    dimensiunea maxima a hîrtiei - dimensiune uzuala: A4 (210 x 297 mm)

P    memorie proprie - este memoria proprie a imprimantei, în care se memoreaza, pe rînd, informatiile ce urmeaza a fi tiparite

Tipuri de imprimante în functie de modul de imprimare:

P    matriciale (Dot Matrix Printer) - au capete de imprimare cu 9, 18 sau 24 de ace care înteapa o banda tusata. Sînt lente, zgomotoase dar ieftine

P    cu jet de cerneala (Ink-Jet Printer) - arunca stropi foarte fini de cerneala pe suportul de imprimare. Nu sînt asa zgomotoase, ofera calitate si viteza mult mai buna ca cele matriciale. Pot tipari în culori.

P    laser (Laser Printer) - se bazeaza pe principiul fotocopiatoarelor. Razele laser polarizeaza un cilindru care atrage o substanta numita toner care apoi e depusa termic pe suportul de imprimare. Imprimarile au cea mai buna calitate, dar imprimantele sînt înca destul de scumpe.

P    termice - tiparesc informatia prin fixarea termica a vaporilor de cerneala pe o hîrtie speciala (ca la fax). Sînt mai lente decît cele laser sau cu jet.

Pentru ca imprimanta sa "înteleaga" sarcina de tiparire a informatiei trimisa de calculator, este necesar ca imprimanta sa fie "instalata", adica sa fie instalat pe calculator un program numit "driver de imprimanta", specific fiecarui tip de imprimanta în parte.

1.5.8. Plotter-ul

            Este un dispozitiv periferic de iesire prin care calculatorul deseneaza pe hîrtie imagini de mare precizie: harti, desene tehnice, etc.

Avantaje:

-         hîrtia poate fi parcursa în orice sens

-         accepta formate mari de hîrtie

-         precizie mare a desenelor

1.5.9. Modem-ul

            Este un periferic care asigura legatura de date între calculator si linia telefonica. Modemul poate fi intern sau extern.

1.5.10. Placa video / de captura

            Este un dispozitiv periferic de intrare / iesire care asigura transformarea semnalului digital transmis de procesor în imagine pe ecranul monitorului, sau preluarea de imagine de la o sursa (antena TV, cablu TV, videocasetofon) si prelucrarea semnalului prin digitizare pe calculator.

1.5.11. Placa de sunet

Este un dispozitiv periferic de intrare / iesire care asigura transformarea semnalului digital transmis de procesor în sunet sau digitizarea semnalului transmis catre calculator de un microfon, casetofon, CD-Player sau instrumente muzicale electronice.

1.5.12. Discul flexibil ( Floppy Disk)

            Este o memorie externa pentru a carei citire / scriere se foloseste unitatea de dischete.

1-      folie de plastic acoperita cu un strat feromagnetic

2-      carcasa de protectie din plastic

3-      disc de fixare si antrenare

4-      fanta de citire / scriere a discului

5-      fanta de protectie la scriere - în pozitie "deschis", discheta poate fi doar citita si nu se permite scrierea

Functionare

Suprafata discului e împartita în cercuri concentrice numite piste (tracks) iar pistele sînt împartite la rîndul lor în arce de cerc egale numite sectoare (sectors). Capacitatea de memorare a unui sector este de 512 bytes ( 512 B ). Operatia de împartire a suprafetei discului în piste si sectoare se numeste formatare. Formatarea e facuta de unitatea de disc, la cererea utilizatorului. Densitatea de înregistrare a datelor pe disc se masoara în tpi (tracks per inch). Putem avea dischete:

-         DD - Double Density - densitate dubla - capacitate de 720 KB

-         HD - High Density - înalta densitate - capacitate de 1,44 MB

-         ED - Extended Density - densitate extinsa - capacitate de 2,88 MB

În unitatea de disc au loc doua miscari:

Ø   rotatie a discului în jurul axului (pentru dischete viteza este de 360 rotatii / minut)

Ø   translatie a capetelor de citire / scriere

Tehnica de lucru cu dischetele: întretinere, protectie, virusi

1.5.13. Hard Discul

HD este un pachet de discuri asemanator celor flexibile, care este montat în interiorul calculatorului (HD intern), sau conectat prin mufa USB (HD extern).

Pistele de aceeasi raza formeaza un cilindru. Pentru identificarea informatiei pe disc, fiecare sector e caracterizat prin:

-         numarul cilindrului (corespunde cu pistei)

-         numarul pistei în cadrul cilindrului (corespunde cu numarul fetei de disc)

-         numarul sectorului în cadrul pistei

Viteza de rotatie a platanelor este în mod uzual de 5400, 7200, 10.000 rotatii / minut. Capacitatea de memorare a HD a crescut pîna la peste 200 GB.

Tehnica de lucru cu HD: întretinere, protectie, virusi

1.5.14. Compact Discul

a)      CD-ROM - ul - Compact Disk Read Only Memory - este un disc de plastic cu capacitati de 650, 700, 800 MB pe care s-a scris informatia prin ardere cu o raza laser. O data scris, discul poate fi numai citit.

b)      CD-RW - Compact Disk ReWritable - un disc de aluminiu cu capacitati de 650, 700 MB. Discul poate fi scris, sters, formatat.

c)      DVD-ul - Digital Versatile Disk - disc special cu capacitate de 4,7 sau 9,4 GB, folosit pentru stocarea informatiei, de cele mai multe ori de tip video.

CD-ROM-ul si CD-RW-ul sînt citite de unitati de disc cu viteze obisnuite de 48x - 52x    si scrise pîna la maxim 32x.  1x = 150 KB / s.

DVD-urile sînt citite / scrise cu viteze de 1x ... 16x. În cazul DVD-urilor, 1x = 1,321 MB / s.

Tehnica de lucru cu discurile: întretinere, protectie, virusi

1.5.15. Pornirea, oprirea si întretinerea calculatorului