Sisteme de operare și limbaje de programare

LUCRAREA 1

CALCULATOARE PERSONALE. ARHITECTURĂ.

ECHIPAMENTE FIZICE

1. NOȚIUNI INTRODUCTIVE

Calculatorul numeric a fost conceput inițial ca instrument de lucru pentru

matematicieni și fizicieni cu scopul de a ușura efectuarea de calcule complexe. Charles

Babbage (1792-1871), proiectantul primei mașini de calcul, a justificat necesitatea

acesteia prin volumul mare de calcul necesar contruirii unor tabele matematice. Din

păcate, ideile lui Charles Babbage, inclusiv cele privind calculul paralel, au trebuit să

aștepte un secol, până când tehnologia electronică a permis realizarea lor practică. După

anul 1945, considerat ca an de naștere a calculatoarelor electronice, evoluția

calculatoarelor a fost marcată, pe de o parte, de lărgirea domeniului de aplicații, iar pe

de altă parte, de o evoluție tehnologică impresionantă asociată cu definirea unei noi

științe, știința calculatoarelor (computer science).

Calculatorul, cunoscut și sub denumirea de sistem de calcul, este perceput de

marea majoritate a utilizatorilor ca fiind o mașină ce execută un set de instrucțiuni,

reunite într-un program, cu scopul de a prelucra datele furnizate de către aceștia (date

de intrare) pentru a obține rezultate (date de ieșire). Utilizarea unui sistem de calcul

poate contribui în mod substanțial la rezolvarea unei anumite probleme ce apare în

activitatea unei persoane. Acest lucru este posibil prin respectarea unei anumite

etapizări ce trebuie parcursă pentru a rezolva problemele cu ajutorul sistemelor de

calcul (Figura 1.1).

Figura 1.1. Etapele parcurse în rezolvarea unei probleme când se utilizează calculatorul.

Utilizarea calculatorului și rezolvarea problemelor cu ajutorul acestuia necesită

cunoașterea și definirea unor noțiuni și termeni specifici.

Un calculator numeric (computer) este un sistem (ansamblu) definit prin

componentele sale (echipamente fizice, programe) conectate astfel încât să formeze o

entitate coerentă cu o funcție bine definită. Funcția sistemului de calcul este de a

transforma informațiile transmise sistemului de către utilizator sub formă de

instrucțiuni și date de intrare, în informații necesare utilizatorului transmise acestuia

sub formă de date de ieșire (Figura 1.2).

Orice calculator cuprinde două componente principale: (1) echipamentele fizice;

(2) programe.

Figura 1.2. Modelul black-box (cutie neagră) al unui calculator.

Echipamentele fizice sunt reprezentate de totalitatea componentelor

electronice, electrice, electromecanice care realizează împreună funcțiile sistemului de

calcul, fiind cunoscute sub denumirea de hardware. Acesta este nivelul fizic, perceput

imediat de către utilizator.

Totalitatea programelor ce permit utilizatorului accesul la toate funcțiile

sistemului de calcul sunt cunoscute sub denumirea de software.

Persoanele ce utilizează un computer sunt fie programatori, fie utilizatori.

Prin programator se înțelege o persoană ce crează un program sau corectează unul creat

anterior. Persoana ce folosește, pentru un anumit scop, un program creat anterior se

numește utilizator.

2. ARHITECTURA CLASICĂ A COMPUTERELOR

Arhitectura unui computer poate fi definită ca o schemă schemă funcțională

generală utilizată pentru realizarea constructivă a oricărui calculator.

Structura funcțională clasică a unui computer este cea serială, numită și

arhitectură von Neumann.

Principiile funcționale fundamentale ale unui calculator von Neumann sunt:

! Calculatorul are un dispozitiv numit memorie unde sunt păstrate, atât

timp cât este necesar, instrucțiunile, datele supuse prelucrării și

rezultatele obținute;

! Calculatorul posedă o unitate de calcul aritmetic și logic, care execută

operațiile codificate în instrucțiunile programului;

! Calculatorul posedă o unitate de comandă și control, care determină

execuția instrucțiunilor în mod secvențial, câte una la un moment dat, în

ordinea stabilită prin program; de asemenea, unitatea de comandă și

control determină transferul datelor ce urmează a fi prelucrate, între

memorie și unitatea aritmetică și logică;

! Calculatorul are în componență o unitate de intrare și o unitate de

ieșire, prin intermediul cărora se realizează comunicarea cu mediul extern

(utilizator, proces industrial, calculator);

CALCULATOR

introducere, prelucrare, extragere

PROGRAME

instrucțiuni

DATE

date de intrare

REZULTATE

date de ieșire

Tensiune

electrică

3,5 V

1,5 V

Mare 0

Nivel

logic

Cifră

binară

Mică 1

Unitatea aritmetică și logică împreună cu unitatea de comandă și control

alcătuiesc unitatea centrală de prelucrare (CPU-Central Processing Unit), cunoscută

și sub denumirea de procesor. Procesorul și memoria alcătuiesc unitatea centrală.

Structura funcțională a unui calculator von Neumann se poate reprezenta

grafic ca în Figura 1.3.

Figura 1.3. Structura funcțională a unui calculator von Neumann.

3. ECHIPAMENTE FIZICE

În interiorul calculatoarelor circulă semnale electrice transmise sub formă de

impulsuri. Pentru a memora și transmite informația (instrucțiuni, date) prin

intermediul acestor semnale, calculatoarele folosesc un sistem de reprezentare a

informației pe două nivele. Practic, în calculator există semnale electrice de tensiune ce

are o valoare mai mare, interpretată ca având valoarea unu (1) și semnale electrice de

tensiune cu o valoare mai mică, distinctă de

prima, interpretată ca având valoarea zero (0)

(Figura 1.4). Valorea 0 , respectiv, valoarea 1 se

numește bit (binary digit), reprezentând cea mai

mică unitate de măsură pentru informație.

Operațiile aplicate informației necesită

gruparea biților într-o succesiune. O succesiune

de 8 biți se numește byte (octet). Un octet poate

reprezenta în calculator un caracter, cum

Figura 1.4. Echivalența tensiune ar fi A sau 4.

electrică - bit.

UNITATE DE

INTRARE

MEMORIE UNITATE DE

IEȘIRE

UNITATE DE

COMANDĂ ȘI

CONTROL

UNITATE

ARITMETICĂ

ȘI LOGICĂ