Arhitectura unui calculator

Memoriu justificativ

Sistemul birotic este un concept informatic ce cuprinde un ansamblu interconectat de echipamente si de programe, de mijloace hard si soft, având ca obiectiv procesarea informatiei în activitatea de birou si care îsi exercita functiile sale în interdependenta atât cu sistemele informatice operationale, cât si cu sistemele de telecomunicatii, între care creeaza un ansamblu de legaturi functionale.

Din aceasta definitie rezulta cele trei componente ale sistemului: echipamentul, programele si informatiile. Acestea au roluri diferite în economia sistemului birotic. Astfel, echipamentul (hard-ul) constituie componenta fizica a sistemului, programele (soft-ul) reprezinta componenta logica a acestuia, în timp ce informatiile ofera obiectul supus procesarii cu ajutorul mijloacelor amintite.

Pentru a folosi un calculator si pentru a-l exploata la capacitate maxima trebuie sa avem câteva notiuni despre elementele hardware componente. În principal cele mai importante elemente în afara de placa de baza, procesor, memorie sunt elementele de stocare. Acestea ne permit portabilitatea informatiei si controlul ei pe orice alt calculator.

Capitolul 1

ISTORIC

Momentul initial al istoriei calculatoarelor este, de obicei legat de numele matematicianului englez Charles Babbage. El a propus în anul 1830 o Masina Analitica care a anticipat în mod fascinant structura calculatoarelor actuale. Ideile sale au devansat cu peste 100 de ani posibilitatile tehnologice ale vremii sale. Înaintea acestuia au mai fost încercari în acest domeniu ale lui Leibnitz si Pascal (secolul al XVII-lea). Urmatorul moment de referinta este anul 1937, când Howard Aiken, de la Universitatea Harvard a propus Calculatorul cu secventa de Comanda Automata, bazat pe o combinatie între ideile lui Babbage si calculatoarele electromecanice, produse de firma IBM. Constructia acestuia a început în anul 1939 si s-a terminat în anul 1944, fiind denumit Mark I El a fost în principal primul calculator electromecanic, fiind alcatuit din comutatoare si relee.

Înlocuirea releelor cu tuburi electronice a constituit un important pas înainte. Rezultatul a fost concretizat în calculatorul ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Computer ), primul calculator electronic digital. El contine circa 18.000 de tuburi electronice si executa 5.000 de adunari pe secunda, având o memorie de 20 de numere reprezentate în zecimal. Programarea sa se realiza prin pozitionarea a circa 6.000 de comutatoare, cu mai multe pozitii. O semnificatie aparte o are faptul ca în arhitectura calculatoarelor Mark I si ENIAC, intrau mai multe elemente de calcul, ce lucrau în paralel la o problema comuna, fiind dirijate de o singura unitate de comanda Aceasta solutie a fost aleasa datorita vitezei reduse a fiecarei unitati de calcul, în parte. La versiunea urmatoare s-a renuntat la aceasta structura paralela de calcul, deoarece s-a considerat ca viteza unei unitati de calcul, realizata cu circuite electronice, este suficienta. Solutia prelucrarii paralele a fost reluata ulterior dupa anii ‘80 pentru marirea performantelor unui sistem de calcul; astfel în 1996 Firma INTEL a realizat un supercalculator ce foloseste peste 7000 de procesoare PENTIUM utilizând tehnica „de calcul masiv” (utilizat pentru stimularea testelor nucleare, în cercetari genetice, spatiale, meteorologice).

De remarcat ca la realizarea primelor calculatoare, în calitate de consultant al echipei, a lucrat si matematicianul John von Neumann, unul dintre matematicienii importanti ai secolului XX. De altfel, la realizarea calculatorului EDVAC (primul calculator cu circuite electronice) el a stabilit 5 caracteristici principale ale calculatorului cu program memorat:

1. Trebuie sa posede un mediu de intrare, prin intermediul caruia sa se poata introduce un numar nelimitat de operanzi si instructiuni;

2. Trebuie sa posede o memorie, din care sa se citeasca instructiunile si operanzii si în care sa se poata memora rezultatele;

3. Trebuie sa posede o sectiune de calcul, capabila sa efectueze operatii aritmetice si logice, asupra operanzilor din memorie;

4. Trebuie de asemenea sa posede un mediu de iesire, prin intermediul caruia un numar nelimitat de rezultate sa poata fi obtinute de catre utilizator;

5. Trebuie sa aiba o unitate de comanda , capabila sa interpreteze instructiunile obtinute din memorie si capabila sa selecteze diferite moduri de desfasurare a activitatii calculatorului pe baza rezultatelor calculelor.

Mediul de intrare este înlocuit azi de dispozitivele de intrare care convertesc datele si programele din forma înteleasa de oameni în forma înteleasa de calculator. Printre acestea se numara si mouse-ul si tastatura pe care sunt cele mai uzuale si cele mai cunoscute. Mai sunt si scanner-ul, tabletele digitizoare, creionul luminos si ecranul tactil, joystick-ul, trackball-ul, camera web, etc. care au aparut pe masura ce tehnologia s-a dezvoltat si s-au creat noi moduri de convertire a datelor.

Primul calculator comercializat a fost UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer ) realizat pe structura calculatorului EDVAC, în anul 1951. În anii urmatori, dezvoltarea calculatoarelor a devenit exploziva, la mai putin de zece ani intervenind câte o schimbare care a fost interpretata drept aparitia unei noi generatii de calculatoare:

1. Prima generatie (1937 - 1954) – Lampile cu vacuum

- 1937 - John V. Atanasoff creeaza primul calculator digital

- 1939 - Atanasoff si Clifford Berry prezinta în Noiembrie prototipul ABC

- 1941 - Konrad Zuse din Germania dezvolta în secret calculatorul Z3

- 1943 – În Marea Britanie, calculatorul Colossus este creat în secret la Bletchley Park pentru a decoda mesajele germane

- 1944 - Howard Aiken creeaza calculatorul mechanic Harvard Mark I pentru Marina

- 1945 - John W. Mauchly si J. Presper Eckert construiesc ENIAC pentru Armata SUA

- 1946 - Mauchly si Eckert înfiinteaza Electronic Control Co., primesc acceptul de a construi calculatoare tip ENIAC cu intrare / iesire de date pe format magnetic

- 1948 - Howard Aiken construieste calculatorul electronic Harvard Mark III ce continea aproximativ 5000 lampi

- 1949 - Mauchly si Eckert testeaza calculatorul BINAC pentru Fortele Aeriene. Acest calculator are memorie de tip banda magnetica. Se aloca fonduri pentru terminarea proiectului UNIVAC

- 1950 - Comandantul William C. Norris, directorul Engineering Research Associates creeaza Atlas, bazat pe calculatoarele folosite in Al Doilea Razboi Mondial, ce descifrau mesajele inamicilor. Calculatorul Atlas avea 11,5 metri lungime, 6 metri latime si utiliza 2700 de lampi.

- 1951 - S. A. Lebedev creeaza calculatorul MESM în Russia

- 1952 - Remington Rand cumpara calculatorul ERA în Dec. 1951 si linia de productie UNIVAC; 1952: calculatorul ERA 1101 devine UNIVAC 1101. UNIVAC I a fost utilizat pentru a calcula numarul de voturi la alegerile din Noiembrie si pentru a da un câstigator al alegerilor.

- 1954 – Avionul SAGE are cel mai complex calculator bazat pe lampi care a fost construit vreodata.