COMPETENE T.I.C.

Conf. dr. Silvia Luchian

SUPORT CURS

2

3

UNIVERSITATEA ALEXANDRU IOAN CUZA IAI FACULTATEA DE DREPT

COMPETENE T.I.C. Conf. dr. Silvia Luchian

SUPORT CURS

Anul I

Semestrul I

2012-2013

4

5

Cuprins

Tehnologiile informaionale i de comunicaie ................................................................................5 Date, informaii, cunotine..........................................................................................................5

COMUNICAREA OM-CALCULATOR. .......................................................................................7 Calcul i calculator .......................................................................................................................7 Rezolvarea de probleme cu ajutorul calculatorului......................................................................8

ORGANIZAREA INFORMAIEI .................................................................................................9 Reprezentarea numerelor..............................................................................................................9 Reprezentarea simbolurilor ........................................................................................................10 Codificarea (Digitizarea ) imaginilor .........................................................................................13

Bitmap sau vectorial...............................................................................................................15 Avantaje si dezavantaje..........................................................................................................21 Limbaje de descriere a paginii ...............................................................................................22 Prezentare general a fonturilor .............................................................................................22 Fonturi schi(vectoriale) .......................................................................................................22 Fonturi raster ..........................................................................................................................23 Fonturi de ecran......................................................................................................................23

Codificarea sunetului..................................................................................................................23 Structura unui sistem de calcul......................................................................................................23

Definiii pentru un sistem de calcul............................................................................................23 Istoric..........................................................................................................................................24 Structura John von Neumann a unui sistem de calcul................................................................33 Clasificarea sistemelor de calcul ................................................................................................31

Memoria intern .............................................................................................................................42 Organizarea unui calculator IBMPC ..........................................................................................42 Organizarea fizic a memoriei ...................................................................................................43 Caracteristici generale ale memoriei ..........................................................................................41 Ierarhia de memorii ....................................................................................................................43 Memoria ROM ...........................................................................................................................52

Pornirea calculatorului ...................................................................................................................55 Unitatea central de procesare (UCP) sau microprocesorul...........................................................53

Rolul microprosesorului .............................................................................................................53 Limbajul main. ........................................................................................................................55 Limbajele de programare ...........................................................................................................61 Pentium.......................................................................................................................................63

Magistralele unui PC......................................................................................................................60 Rolul magistralelor ntr-un PC ...................................................................................................60 Clasificarea magistralelor...........................................................................................................61 . Cererile de ntreruperi (IRQ Interrupt Request) ....................................................................64

Echipamentele periferice................................................................................................................65 Dispozitive periferice de intrare.................................................................................................66 Dispozitive periferice de ieire...................................................................................................75 Monitorul....................................................................................................................................76

6

Imprimanta .................................................................................................................................78 Echipamente periferice de intrare-ieire ....................................................................................80 Hard- discul ................................................................................................................................80

Sisteme de operare .........................................................................................................................87 Niveluri software i interaciunea cu hardware..........................................................................87 Coordonarea activitilor desfurate de calculator ...................................................................90

Model de teste de verificare a cunotinelor 93 Bibliografie.94

1

Tehnologiile informaionale i de comunicaie

Tehnologiile Informaionale i de Comunicaie (TIC) grupeaz un ansamblu de echipamente folosite pentru gestionarea informaiilor ,n special calculatoare electronice i programe . Scopul TIC const n: culegerea, convertirea, stocarea , transmiterea, regsirea i valorificarea informaiilor.

Mijloace TIC: telegraful electric, telefonia fix, radioul,televiziunea, calculatoare electronice ,internetul, telecomunicaiile mobile, GPS (Global Position System)

Date, informaii, cunotine Informaia definete fiecare din elementele noi coninute n semnificaia unui simbol sau grup de simboluri ntr-o comunicare tire, semnal, grup de imagini etc. prin care se desemneaz concomitent o situaie, o stare, o aciune etc1

Data este forma concret (un numr ,o mrime ,o relaie ,etc.. ) prin care se exprim informaia, este materia prim pentru informaie . n informatic data este un model de prezentare a informaiei accesibil unui anumit procesor ( om, unitate central, program), model cu care se poate opera pentru a obine noi informaii despre fenomenele, procesele i obiectele lumii reale. Datele sunt utilizate pentru:

Transmiterea informaiilor ntre oameni;

Pstrarea informaiilor pentru o utilizare viitoare

Obinerea de noi informaii prin prelucrri. Pornind de la acelai set de date, persoane diferite, prin prelucrri diferite (n funcie de nivelul de cunotine), pot desprinde informaii diferite, de aici rezult c o trstur fundamental a informaiei este subiectivitatea. Cunotinele cuprind totalitatea noiunilor, ideilor, informaiilor pe care le are cineva ntr-un domeniu oarecare .

Pentru a deveni informaii, datele privitoare la obiectul de activitate trebuie prelucrate n concordant cu cerinele informaionale, adic culegerea datelor i prelucrarea lor i apoi distribuirea lor la factorii de decizie.

1 Stoica, I.,Informaie i cultur. Sinteze .Reflecii. Atitudini, Editura Tehnic, Bucureti ,1997

2

Deci:

- datele privesc evenimentele primare, colectate pentru informare sau rezolvarea unor

probleme sau situaii;

- informaiile sunt mesaje obinute prin prelucrarea datelor: calcule, sortri, clasificri.

Datele supuse prelucrrii sunt introduse n calculator sub form de cifre i text (litere, cifre i alte caractere speciale).

In prezent se definete informatica ca tiina care prelucreaz datele prin mijloace electronice.

In dezvoltarea informaticii se pot distinge patru etape:

1. Etapa 19401960, n care informatica are un caracter de noutate i ptrunde n statele majore ale armatei americane, universiti i institute de cercetare.

2. Etapa 19601970, n care informatica a ptruns n ntreprinderi i mai ales companii comerciale i petroliere.

3. Etapa 1970 1990, n care informatica s-a bazat mai ales pe realizarea i utilizarea calculatoarelor de medie capacitate. Informatica a ptruns n toate domeniile vieii

cotidiene, dar mai ales n activitatea militar, economic, cercetare tiinific i nvmnt.

4. Etapa 19902000 i continuare, cnd au luat amploare PC-le care au ptruns n toate domeniile de activitate economic i social, inclusiv n casele oamenilor. Totodat au aprut calculatoarele inteligente care i dezvolt programele proprii de organizare i de recunoaterea mediului nconjurtor inclusiv vocile i scrisurile oamenilor cu care sunt n contact.

3

COMUNICAREA OM-CALCULATOR.

Rezolvarea de probleme vzut ca Intrare Prelucrare Ieire

INTRODUCERE

1951, compania IBM( International Business Machines Corporation) a putut vinde un total de 19 exemplare din primul calculator produs, faptul a fost considerat un succes comercial. Pe atunci, un calculator putea executa 5 000 de operaii pe secund, ceea ce se considera a fi o vitez uria. Piaa utilizatorilor era ns nensemnat ca numr de cumprtori poteniali.

procesor (componente central a unui calculator). creterea puterii de calcul a mainii (hardware), ci i scrierea de programe (software)

:care au ca scop rezolvarea de probleme comune unui mare numr de oameni (inclusiv de tipul hobby-urilor) sau a comunicaiilor globale.

domeniul activitilor productive: ncepnd de la munca de birou (birotica) i pn la activitile din halele de producie (administrarea depozitelor, aprovizionare, logistic, activiti de creaie, planificarea produciei), circulaia bneasc (cri de credit, tele-banking, net-banking), e-commerce, teleworking;

nvmnt: programe de nvare, programe de prezentare, procurarea informaiilor de pe internet, CD-ul ca purttor de informaii;

domeniul privat: card-uri pentru obinerea banilor lichizi, card-uri cu cip, card-uri smart, infoterminale, jocuri, camere digitale de luat vederi/ aparate digitale de fotografiat, CD-uri i DVD-uri pentru timpul liber;

alte domenii: medicin, tiin (microscopie, modelare i evaluare statistic), transporturi (sisteme de dirijare a transporturilor aeriene, feroviare), comunicaii (administrarea reelelor de telefonie).

Calcul i calculator. Calculatorul este o main universal de calcul. (numere, matrici, segmente, cuvinte,

imagini, sunete etc.). Ce nseamn calcul sau problem care poate fi rezolvat nu discutm n

4

acest curs. Pentru simplitate, s acceptm c un calcul este o succesiune de operaii (considerate elementare) care rezolv o problem O aceeai main, care execut pe rnd diverse programe, se comport pe rnd ca fiecare main de calcul de care avem nevoie: Motivul principal care determin viteza impresionant de dezvoltare a tehnologiilor legate de calculatoare este c tot mai multe activiti de genul celor niruite mai sus devin rezolvabile cu ajutorul calculatorului, dac acesta devine mai rapid, i sporete capacitatea de memorare a datelor i dac se scriu programele necesare.

Crearea reelelor de calculatoare, dintre care cea mai vast este Internetul, a extins utilizarea calculatoarelor de la calcul, n diversele lui forme, la comunicare.

Rezolvarea de probleme cu ajutorul calculatorului VZUT CA : INTRARE PRELUCRARE IEIRE

Fie c e vorba de tehnoredactarea unui text, de o comunicare prin Internet, de proiectarea unei structuri n construcii sau de crearea unei baze de date contabile, rezolvarea unei probleme cu ajutorul calculatorului are, la nivel general, dou entiti aflate n comunicare: omul i calculatorul. Omul transfer mainii de calcul o parte a activitii sale intelectuale rezolvarea acelei probleme. Soluionarea unei probleme presupune:

Analiza problemei, formularea corect i determinarea unei metode de rezolvare a ei, stabilirea algoritmilor de calcul, reprezentarea grafic sub forma de schema logic sau organigram;

Programarea, reprezentarea schemei logice n limbajul de programare adecvat rezolvrii problemei cu ajutorul calculatorului;

Implementarea, aplicarea n practic a soluiei.

algoritm =o metod de soluionare a problemei, metod reprezentat ntr-un limbaj adecvat mijloacelor de calcul disponibile, caracterizat prin generalitate (se aplica cu minime modificri la problemele n clasa respectiv), finalitate (soluia problemei este furnizat dup un numr finit de operaii) i realizabilitatea (adic sunt folosite mijloacele de calcul disponibile).

5

Fluxul de date n cadrul cruia are loc comunicarea om-calculator.

Transformrile pe care le sufer un program scris n limbaj evoluat pn ajunge s poat fi executat.

Aadar, omul comunic cu calculatorul i d acestuia programe i date de prelucrat i primete de la el rezultatele prelucrrii

ORGANIZAREA INFORMAIEI

CODIFICAREA UTILIZAT PENTRU STOCAREA INFORMAIILOR

Reprezentarea numerelor

366 0000000101101110 82,5 01000010 10100101 00000000 00000000 an

01100001 01101110

6

AN

01000001 01001110

Sistemele de numeraie poziionale

Nr = anan-1a2a1a0 = an .rn +an-1 .rn-1 + + a2 .r2 + a1 .r1 +a0 . r0 (1)

Sistemul de numeraie zecimal

Alfabetul sistemului zecimal : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Aceste cifre sunt prin definiie numere consecutive, astfel 7 = 6 + 1; ntr-un numr zecimal (citind de la dreapta la stnga) cifra din dreapta reprezint unitile, urmtoarea zecile apoi sutele i aa mai departe, adic un numr n

baza 10 conform relaiei (1) poate fi scris ca o sum de puteri ale lui 10:

mii sute zeci uniti

1 3 = 1x 101 + 3 x 100

1 9 7 = 1 x 102 + 9 x101 + 7 x 100

1 9 9 8 = 1 x 103 + 9 x 102 + 9 x101 + 8 x 100

Sistemul de numeraie binar

Sistemul de numeraie binar, cel mai simplu posibil inventat acum 500 de ani n China i cel mai utilizat n reprezentarea codificat a numerelor n calculatoare, are urmtoarele caracteristici:

1. Baza de numeraie a sistemului este 2 i conine numai dou simboluri, cifrele: 0 i 1; 2. Cifra cu valoarea cea mai mare este 1.

Un numr scris n baza 2, poate fi dezvoltat dup puterile bazei astfel:

N2 = anan-1a2a1a0 = an .2n +an-1 .2n-1 + + a2 .22 + a1 .21 +a0 . 20

7

Exemple de numere scrise n baza 2:

13=8 + 4 + 1=1 x 23 +1 x 22 +0 x 21 +1 x 20 = 1 1 0 12

197=128+64+4+1=1 x 27 +1 x 26+0 x 25 +0x 24 +0 x 23 +1 x 22 +0 x 21 +1 x 20

=1 1 0 0 0 1 0 12

Sistemul zecimal

Sistemul

binar

0 0

1 1

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

10 1010

11 1011

12 1100

13 1101

14 1110

15 1111

16 10000

20 10100

30 11110

40 101000

8

50 1010010

BII I OCTEI.

Toate operaiile n calculator se fac asupra unor astfel de reprezentri: orice numr, orice liter, orice sunet sau imagine devine n calculator un ir de cifre binare, adic un ir format din 0 i 1.

Acest element atomic de reprezentare a informaiilor n calculator un 0 sau un 1 se numete BIT. (BInary digiT)

Grupurile de opt bii, puse n eviden n exemplele de mai sus, se numesc octei (byte) Datele se reprezint n calculator prin unul sau mai muli octei; aa stau lucrurile inclusiv pentru

instruciuni.

Un alt neles al cuvintelor bit i octet este acela de gazd a unui bit sau a unui octet: prin bit se mai nelege i elementul hardware care poate nregistra un 0 sau un 1; din punct de vedere tehnic, acesta este un circuit. i cuvntul octet poate nsemna circuitul care stocheaz reprezentarea a opt cifre binare.

INFORMAIA DIGITAL

Cuvntul digital are nelesul exact codificat sub form de numere binare Cnd vorbim de capacitate de memorare, mai ales acestui din urm neles i se ataeaz multipli de obicei, ai octetului.

multiplii octetului: 1 KB= kilo-octet, care nseamn 1024 =210 de octei luai la un loc.

De ce tocmai 1024 i nu 1000? Am vzut c reprezentrile n calculator se fac folosind baza 2. i multiplii sunt exprimai prin puteri ale lui 2: 1024 este puterea a zecea a lui 2. ,adic 210

1 MB= mega-octet nseamn 220 octei =210 KB (1 048 576, deci ceva mai mult de un milion de octei) sau 210 kilo-octei. )

1 GB= giga-octet nseamn 230 octei =210 MB=220 KB (ceea ce reprezint 1 073 741 824, peste un miliard de octei) sau 210 mega-octei sau 220 kilo-octei. )

9

1 TB =tera-octet, nseamn 240 octei =210 GB=220 MB=230 KB (de ordinul a un milion de milioane de octei).

FUNCIILE LOGICE BOOLENE

Matematicianul englez George BOOLE a reuit s fac o legtur ntre formulele algebrice i relaiile logice. Pornind de la principiul c o propoziie poate fi adevrat sau fals, BOOLE atribuie valoarea 1 propoziiilor adevrate i respectiv 0 propoziiilor false, elabornd algebra

boolean.

Notnd propoziiile cu a, b c, etc se pot construi funciile logice:

Disjuncia (operaie logic tradus prin sau) a dou propoziii Conjuncia (operaie logic tradus prin i) a dou propoziii Negaia unei propoziii notat cu not

Disjuncia exclusiv(operaie logic tradus prin xor) a dou propoziii

In cazul a dou propoziii a i b se pot obine tabele de adevr, pentru disjunie, conjuncie i negaie aa cum rezult din tabelul de mai jos:

a b a sau b a i b not a a xor b

0 0 0 0 1 0

1 0 1 0 0 1

0 1 1 0 1 1

1 1 1 1 0 0

Algebra boolean este utilizat n aplicaiile din automatic, teoria circuitelor i releelor electronice i deci la realizarea calculatoarelor.

Alturi de logica boolean, au aprut mai nou logicile polivalente printre care logica trivalent cu valorile de adevrat, fals i posibil i logica fuzzi care admite domenii de trecere gri, fiind apropiat de logica de gndire obinuit din industrie, economie, etc.

10

Reprezentarea simbolurilor

Institutul Naional American pentru Standarde (American National Standards Institute - ANSI) a adoptat American Standard Code for Information Interchange (ASCII, pronunat aschii),modele cu o lungime de 7 bii

Codul ASCII extins la un format de 8 bii pe simbol ,s-a format prin adugarea unui 0 pe poziia celui mai semnificativ bit n faa fiecrui model de 7 bii al vechiului cod. Aceast tehnic nu numai c nu produce un cod ale crui cuvinte au dimensiunea egal cu a unei celule uzuale de memorie, dar furnizeaz alte 128 de abloane suplimentare (care se obin prin plasarea valorii 1 pe poziia bitului cel mai semnificativ din octet), permind astfel reprezentarea simbolurilor excluse din codul ASCII iniial. Din nefericire, datorit faptului c n general fabricanii dau

propriile lor interpretri acestor caractere suplimentare, adesea datele care conin abloane extinse sunt dificil de transferat ntre diferite aplicaii.

Hello.:

01001000 01100101 01101100 01101100 01101111

H e l l o .

Unicode, modele de 16 bii pentru reprezentarea fiecrui simbol. Unicode conine 65 536 abloane diferite.

Organizaia Internaional de Standarde (International Standard Organisation - ISO) , din care face parte i ANSI.

Utiliznd modele de 32 de bii pentru reprezentarea simbolurilor, acest cod poate reprezenta peste 17 milioane de simboluri.

Analog versus digital Un semnal analog este continuu (lumina, sunetul, cldura). Pentru a putea fi masurate intr-un sistem de calcul digital, aceste semnale trebuiesc convertite in valori numerice discrete. Asemenea date nu pot avea numai dou stri, ci este posibil o multitudine de stri intermediare: de exemplu nregistrrile audio, erau stocate sub forma unor

11

unde continue pe materiale cum ar fi vinilul sau benzile magnetice i erau transmise sub form de unde electromagnetice modulate. n prezent stocarea digital o nlocuiete pe cea analog din mai multe motive:

Numerele binare au nevoie doar de dou stri alternative: nchis i deschis

Datele digitale sunt uor de copiat i manipulat

Pot fi compactate (recodificate la dimensiuni mai mici) cu puin sau fr pierdere de informaie

Pot fi stocate sau transmise folosind aceleai metode.indiferent de tipul de date (text, imagine, sunet etc)

Pentru a putea fi nelese sau folosite de oameni, sunt reconstruite n form anologic cu ajutorul unor procesoare speciale numite convertoare numeric-analogic (DAC)

Un convertor analog digital (ADC) este un circuit electronic care convertete o tensiune analogic de la intrare intr-o valoare digital. O caracteristica importanta a unui ADC o constituie rezolutia acestuia. Rezolutia indica numarul de valori discrete pe care convertorul poate sa le furnizeze la iesirea sa in intervalul de masura. Deoarece rezultatele conversiei sunt de obicei

stocate intern sub forma binara, rezolutia unui convertor analog-digital este exprimata in biti.

Conversia analogic- digital Pentru reprezentarea unui semnal analogic n form digital, acesta trebuie s urmeze dou transformri :

1. discretizarea sau eantionarea este operatia prin care se reprezinta o marime cu variatie continua sub forma unui ansamblu finit de esantioane esantionarea: din semnalul analogic de intrare se preleveaza la perioade constante de timp (T secunde) esantioane de amplitudine (cadre), care sunt de fapt o serie de dreptunghiuri cu inaltimea egala cu amplitudinea momentana a semnalului si cu latimea egala cu perioada de esantionare (T secunde)

2. cuantizarea: "precizia" conversiei : 8, 12, 14, 16 sau 20 biti (rezoluia ADC)

Dup eantionare i cuantizare semnalul poate fi folosit de aplicaii multimedia pentru a prelucra i/sau stoca irurile de bii generate de unitile ADC

12

n exemplele grafice de mai jos, vedei acelai semnal analog disctretizat, dar cuantizat diferit :

13

Codificarea (Digitizarea ) imaginilor

O imagine este o suprafata de obicei dreptunghiulara caracterizata, la nivelul oricarui punct al ei, de o anumita culoare. La modul ideal, culoarea variaza in mod continuu in oricare directie. Din pacate, in sistemele numerice, nu se pot utiliza marimi care variaza continuu ci doar forma discretizata a acestora. Discretizarea unei imagini const in impartirea imaginii intr-un caroiaj asemanator unei table de sah. Fiecare sectiune de imagine delimitata de acest caroiaj va fi considerata ca avind o culoare uniforma - o medie a culorii existente pe aceasta .

14

Aceste sectiuni sunt numitepixeli sau puncte de imagine, numarul acestora definind rezolutia imaginii.

Pixel-Cuvntul provine din englez de la PICture ELements (elemente de imagine). Se prescurteaz prin "px", uneori i cu "p".

Un multiplu des ntrebuinat este 1 Mpx = 1 megapixel = 1 milion pixeli Un pixel are trei atribute care se pot exprima digital (numeric):

- culoare,

- opacitate (trasparen i - poziie n matricea n care se divide imaginea

Rezoluia digital poate fi exprimat n pixeli (de ex. o imagine de 800x600 pixeli), sau i n megapixeli (o imagine de 2 megapixeli).

1. Rezoluia n pixeli exprim dimesiunile imaginii, n ipoteza c este vorba de o

imagine dreptunghiular, i anume (lungimexlime) msurate n pixeli. Aceast exprimare nu se poate aplica la alte forme de imagini.

2. Rezoluia n megapixeli (prescurtat: Mpx) exprim numrul total de pixeli cuprini n aria imaginii, indiferent de forma ei. De exemplu, dac o imagine este dreptunghiular i are 2 megapixeli, ea ar putea avea att o rezoluie de 1.600x1.200 pixeli (1.600x1.200 = 1,92 megapixeli, rotunjit la 2 Mpx), dar i 20.000 x 100 pixelisau i nenumrate alte combinaii. Foarte des, numrul de megapixeli se rotunjete pn la cel mult 2 cifre dup virgul.

3. Rezoluia n dpi "dots per inch" - reprezint i ea o msur a claritii unei imagini, de data asta reale, care a fost produs de un dispozitiv anume de prelucrare a imaginilor, cum e cazul mai ales pentru imprimante, scanere i ecrane.

Astfel, dpi-ul reprezint numrul de puncte tipografice ce pot fi tiprite sau afiate pe lungimea de un inch.

4. Alt msur nrudit cu pixelul este "punctul tipografic" sau prescurtat "pt", care este o unitate fundamental n domeniul DeskTop Publishing (DTP) - tipografia bazat pe digitalizare i computere. Un pt are mrimea de 0,3527 mm. De aceea, la o imagine cu 72 dpi, fiecare punct (dot) corespunde exact unui pt (25,4 mm/inch : 0,3527 mm/dot = 72 dpi).

15

Bitmap sau vectorial

I. Reprezentare bitmap ("hart de biti")

bits-per-pixel, numrul de bii necesari nregistrrii tuturor informaiilor despre un pixel. Versiunea digital a imaginii se numete bitmap (hart de bii).

Bits-Per-Pixel Numrul maxim de culori

1 2 (alb i negru) 4 16

8 256

16 32 768 sau 65 536 (depinde de format) 24 16 777 216

Fiiere de tip bitmap Format Descriere

BMP Format bitmap utilizat de Microsoft Windows

GIF Graphics Interchange Format format bitmap de 8 bii, creat de Compuserve i utilizat n special pe Internet

16

PCX Format grafic creat de firma ZSOFT, suportat de multe aplicaii grafice

JPG Joint Photographic Experts Group format grafic n care imaginile sunt memorate comprimat

TIFF Tagged Image Format File-format graphic n special pentru imagini scanate,deoarece suport orice dimensiune, rezoluie i orice numr de culori

Formatul Graphics Interchange Format (.GIF)

Inca de cand a fost introdus in 1987, acest format este foarte utilizat in World Wide Web pentru a permite paginilor Web sa contina si sa afiseze imagini. Este un format eficient deoarece:

poate stoca culori ce pot fi reprezentate prin valori de maxim 8-bits (calitatea este redusa dar si dimensiunea imaginii);

are o rata de compresie buna, reducand dimensiunea imaginii;

ofera un raport bun intre calitate si dimensiune fisier;

permite stocarea in imagini a zonelor de transparenta;

permite realizarea de animatii bazate pe imagini. Incepand cu 1996, a fost definit un nou format, Portable Network Graphics (extensia.PNG) pentru a inlocui formatul GIF,deoarece:

asigura un nivel de calitate mai ridicat deoarece implementeaza un algoritm de

compresie fara pierdere de informatie;

poate conduce la rate de compresie mai mari ca cele obtinute prin GIF

poate stoca culori ce pot fi reprezentate prin valori de maxim 24-bits/pixel si 48

bits/pixel. Deoarece, formatul PNG nu suporta animatie (doar extensii neoficiale ale standardului PNG), GIF-ul ramane singura optiune cand vine vorba de a include intr-o pagina Web a unei forme simple de animatie (nu Flash sau video). Toate browser-ele moderne sunt capabile sa afiseze si sa interpreteze GIF-uri animate.

GIF-urile animate sunt fisiere cu extensia .gif ce contin mai multe imagini. Imaginile (frame-uri sau cadre) sunt afisate pentru o perioada scurta de timp intr-o secventa (repetitiva sau nu), generand astfel senzatia de animatie.

17

II. Reprezentarea vectorial Reprezentarea vectorial se refer la descrierea imaginii printr-o serie de linii, forme (ptrate, cercuri, elipse si alte astfel de figuri geometrice simple), umplute cu o anumit culoare sau hasurate.

o serie de comenzi cu parametri, ntr-un format ASCII: un cerc cu raz de 100 milimetri al crui centru se afl n punctul de coordonate x=225 mm si y=500mm : circle (225,500,100). Cele dou metode sunt folosite ntr-un limbaj de descriere cum este PostScript.

Tipuri de fiiere grafice vectoriale

Format Descriere

CGM Computer Graphics Metafile format dezvoltat de organizaii pentru elaborarea de standarde, suportat de multe aplicaii grafice

EPS Encapsulated PostScript utilizeaz o combinaie de comenzi din limabjul PostScript i de formate TIFF i PICT

PICT format dezvoltat de Apple Computer, este suporat de toate aplicaiile grafice pentru calculatoare Macintosh

WMF Windows Metafile Format format grafic dezvoltat de firma MicroSoft

CDR format vectorial propriu editorului grafic Corel Draw

Avantaje si dezavantaje Formatul bitmap stocarea imaginilor cu variatii complexe de culoare, umbriri, etc., Formatul vectorial este folosit n mod special n cadrul aplicatiilor CAD sau a imaginilor continnd forme simple sau o palet de culori mai mic. n programele DTP (desktop publishing), fonturile sunt convertite n mod frecvent din format vectorial n format bitmap si invers,.. Reprezentarea bitmap.

mrimea imaginii limitat: odat cu mrirea rezolutiei va fi nevoie de un spatiu de stocare mai mare si corespunztor o zon de memorie mai mare pentru procesare si afisare., abilitatea stocrii fisierelor bitmap ntr-o form comprimat.

Flexibilitatea scazut. imaginile bitmap au o rezolutie fix, adic atunci cnd este nregistrat informatia se stie sigur c avem X pixeli pe orizontal si Y pixeli pe vertical.

18

Dac se ncearc mrirea imaginii atunci pixelii vor deveni destul de mari pentru ca s se poat observa forma lor rectangular - apare astfel un efect numit "efect de scar". Programele de grafic mai evoluate pot evita aceast problem folosind interpolarea ; vom micsora o imagine vom pierde din rezolutie (sau claritate). Dac vom dori restaurarea imaginii la mrimea initial vom ajunge s vedem ceva relativ confuz si de proast calitate.

Reprezentarea vectorial are mai multe limitri dect reprezentarea bitmap n ceea ce priveste continutul imaginilor care se doresc a fi stocate n acest format. Avantajul major este totusi

flexibilitatea si eficienta. n cazul folosirii lor n diferite aplicatii. De exemplu o linie dreapt poate fi reprezentat doar prin coordonatele punctelor ce simbolizeaz capetele si nu prin fiecare punct al liniei ca n cazul tehnicii bitmap. O curb poate fi aproximat printr-o serie de linii drepte legate ntre ele. Scalarea (mrirea sau micsorarea) poate fi fcut fr ca acest lucru s influenteze n vreun fel rezolutia.

Limbaje de descriere a paginii Page Description Languages (PDLs), display lists sau metafiles. PostScript reprezentarea vectorial pentru periferice cum sunt ecranul si imprimanta. corpul literelor, este descris folosind o reprezentare vectorial. Problema intervine n cazul descrierii fotografiilor dar PostScript a fost conceput astfel nct fisierele (vectoriale) s poat include si bitmap-uri.

Prezentare general a fonturilor

Un font este un design grafic care se aplic unei colecii de numere, simboluri i caractere. Un font are urmtoarele caliti : setul de caractere, dimensiunea, spaierea i nlimea. Fonturile se utilizeaz pentru a imprima text pe diverse dispozitive de ieire sau pentru a afia textul pe ecran.

Fonturile au stiluri de font, cum ar fi cursiv, aldin sau aldin cursiv.

Fonturi schi(vectoriale) Fonturile TrueType i OpenType sunt fonturi schi, care se redau din comenzi de linie i din comenzi de curb. OpenType este o extensie pentru TrueType.

Fonturile TrueType au fost o alternativ superioar fonturilor bitmap folosite pn atunci, aa c n 1991 Apple a introdus tehnologia TrueType n Mac OS System 7. TrueType a fost implementat pe Windows 3.1. n 1992

19

Parteneriatul din 1996 dintre Adobe i Microsoft a avut ca obiectiv (pe lng ocul produs de o asemenea colaborare) dezvoltarea formatului Open Type (adic un True Type Open) Att fonturile TrueType, ct i OpenType se pot scala i roti. Fonturile TrueType i OpenType arat bine n toate dimensiunile i pe toate dispozitivele de ieire care sunt acceptate de Microsoft Windows.

Fonturi raster

Fonturile raster sunt denumite i fonturi bitmap. Acestea sunt stocate ca bitmapuri. Fonturile raster sunt proiectate cu o dimensiune specific i cu o rezoluie specific pentru o anumit

imprimant. Nu este posibil scalarea sau rotirea fonturilor raster. Dac o imprimant nu accept fonturi raster, nu le va imprima. Urmtoarele fonturi sunt cele cinci fonturi raster:

Courier

MS Sans Serif

MS Serif

Small

Symbol

Fonturi de ecran

Fonturile ClearType sunt fonturi care sunt optimizate pentru un ecran LCD. Pe un ecran LCD, fonturile ClearType utilizeaz elemente informaionale de dimensiuni mai mici dect un pixel pentru a netezi marginile zimate ale fonturilor. Constantia, Cambria, Corbel, Candara, Calibri i Consolas.

ClearType este o tehnologie pentru afiarea fonturilor pe computer, astfel nct ele s apar clare

i netede. ClearType ofer textului de pe ecran un aspect mai detaliat, astfel nct acesta este mai uor de citit perioade lungi de timp, fr a solicita ochii sau a provoca oboseal psihic.

Funcioneaz foarte bine pe dispozitive LCD, incluznd monitoare cu ecran plat, PC-uri mobile i dispozitive portabile mai mici.

Codificarea sunetului Sunetul reprezinta o serie alternativa de modificari ale presiunii aerului, care se propaga sub forma de unde sferice concentrice. Detectarea sunetului se face masurand si convertind variatiile

20

de presiune ale aerului , fiind o unda elastica ce se propaga prin aer cu o viteza medie de aprox. 344 m pe secunda

Grafic care arat sunetul analog generat de cuvntul "hello" ( www.howstuffworks.com)

Sunetele generate de dispozitive sau persoane sunt captate de dispozitive de captare a sunetelor. Cel mai bun exemplu de dispozitiv de captare a sunetelor este microfonul. Principiul de funcionare al acestuia este similar modului de funcionare a urechii umane, prin urmare, sunetele care ajung la microfon interacioneaz cu membrana acestuia care genereaz semnale electrice care reprezint amplitudinea sunetului n funcie de timp. n continuare, semnalele electrice generate de microfon trebuie transformate n iruri de numere. Acest lucru se realizeaz de ctre o unitate ADC (Analog Digital Convertor) care primete la intrare o tensiune electric i genereaz la ieire un numr reprezentat binar. Datorit faptului c orice tensiune electric se reprezint numeric printr-un ir finit de bii, apare o eroare numit eroare de cuantificare.

21

.

Figura de mai sus arat cum se face eantionarea semnalului sonor : 1. unda originar

2. frecvena de eantionare 3. date eantionate 4. unda reconstituit

Calitatea sunetului digital care se dorete a fi obinut depinde de:

numrul de bii folosii pentru a reprezenta un cadru(cuant de sunet) i de intervalul de timp dintre cadre.

Calitatea sunetului este mai bun cu ct numrul de bii/cadru este mai mare i cu ct intervalul de timp dintre dou cadre este mai mic.

De exemplu, pentru sistemul telefonic, cadrele sunt reprezentate folosindu-se 7 sau 8 bii, intervalul dintre cadre este 1/8000 secunde (8000 cadre/sec) i se pierd toate sunetele cu frecvene mai mari de 4 kHz. Un alt exemplu l constituie CD-urile audio. Pe un CD-audio sunetele sunt nregistrate folosindu-se 16 bii pentru a reprezenta un cadru i intervalul dintre cadre este 1/44.100 (44.100 cadre/sec).

Un CD nregistrat stereo are deci dou canale care conin 44100 de valori de 16 bii pentru fiecare secund de muzic; asta nseamn o rat de transfer a informaiei de 2 * 44100 * 16 = 1.411Mbps (megabii pe secund). Aceasta este viteza cu care informaia iese din CD-player-ul calculatorului dumneavoastr; n interior rata este chiar mai mare, din cauza codificrii redundante. Un compact

22

disc poate stoca aproximativ 70 de minute de muzic, avnd deci o capacitate de 783 MB (megaoctei)

44100 probe / canal / secund x 2 octei / eantion x 2 canale x 74 x minute x60 secunde / minut = 783,216,000 bytes

Deci, un CD stocheaz un numr foarte mare de bii pentru fiecare secunda de muzica:

(44100 eantioane / secund * 16 bii / eantion * 2 canale = 1411200 bii pe secund)

Semnalul audio poate fi de tip wave (und) sau midi.

Metoda WAVE (similar cu metoda bitmap de la imagini)gerereaz un fisier cu extensia wav (tiff pentru posesorii de MAC) Sunetele wave digitale reprezint sunete codificate i stocate efectiv. Fiierele .wav au dimensiuni mari: 3 minute = 20 MB

MP3 (Moving Picture Experts Group, Audio Layer 3- MPEG-2 Audio Layer 3) este un format de compresie a unui fisier audio wave , fiiere cu extensia .mp3. Calitatea sunetului este similar celei de pe CD. O compresie standard MP3 va reduce dimensiunea fisierului cu pana la 10 ori.

Metoda MIDI - Musical Instrument Digital Interface (Interfata Digitala pentru Instrumentele Muzicale) (similar cu metoda vectorial de la imagini)

Pentru utilizarea unui echipament MIDI cu un calculator IBM PC, n general este necesar o

interfa MIDI (exist un numr redus de calculatoare echipate cu interfee MIDI ncorporate). Cele mai rspndite interfee MIDI sunt sub forma unor plci de extensie, dar exist de asemenea interfee MIDI seriale (care se conecteaz la un port serial al calculatorului) i interfee MIDI paralele (care se conecteaz la un port paralel).

Musical Instrument Digital Interface, sau MIDI, este un standard electronic i un protocol de comunicare care definete fiecare not muzical cu ajutorul unui instrument muzical electronic, cum ar fi sintetizatorul, n mod exact, permind instrumentelor muzicale electronice i computerului s schimbe date ntre ele sau s "comunice" unul cu cellalt.

23

Acest standard definete cum trebuie codificate portativele notelor muzicale. Se codific astfel:frecvena sunetelor,durata sunetelor i instrumentul care va emite notele MIDI nu transmite semnal audio ci informaia digital a muzicii.Prin intermediul standardului MIDI ,s-au definit 127 de instrumente diferite: 7 tipuri de piane, 8 tipuri de chitare, flaut, ciripit de psrele, sonerie de telefon, elicopter.,...

Plcile de sunet ale computerelor moderne sunt compatibile MIDI i capabile s creeze sunete realiste ale instrumentelor muzicale. Sunetul midi reprezint un set de comenzi convertit de

sintetizatorul MIDI. Fiierele cu sunet MIDI au extensia .mid i au dimensiuni foarte mici.

Structura unui sistem de calcul

Definiii pentru un sistem de calcul Un sistem de calcul este un ansamblu de componente hardware (dispozitive fizice) i componente software (sistem de operare i programe specializate pe domenii) ce ofer servicii utilizatorului pentru coordonarea i controlul executrii operaiilor prin intermediul programelor.

Orice sistem de calcul (computer system) pentru a realiza funciile sale de baz trebuie s execute urmtoarele operaii:

- introducere date (citire) I(Input) - memorare date i instructiuni (reprezentare) M(Memory) - prelucrare date si instruciuni (procesare) P(Processing) - ieire date (scriere) - O(Output)

Funcionarea unui sistem de calcul are loc dup urmtoarea schem de principiu :

24

http://ebooks.unibuc.ro/informatica/Birotica/index.htm

Istoric

Primul model de calculator programabil cu un set de instruciuni este considerat a fi , n general, Analytic Engine, realizat de inventatorul englez Charles Babbage in 1832. Mainria lui Babbage a fost conceput pentru a realiza o secven de calcul folosind instruciuni pe cartele perforate i avea o memorie i o unitate de procesare. Ca i concepie era complet mecanic. Babbage nu i-a asamblat calculatorul niciodat .

In 1890, Herman Hollerith a folosit ideea reprezentrii informaiilor sub forma perforaiilor n cartele de hrtie i a realizat un mare calculator utilizat pentru nregistrarea i prelucrarea datelor din recensmntul din SUA, care a durat astfel doar 3 ani. Mainile cu cartele perforate ale firmei Hollerith s-au perfecionat i producia lor a crescut vertiginos, astfel c n 1924 dup mai multe fuziuni a fost creat International Business Machines Corporation- IBM- fiind i astzi cea mai mare companie de calculatoare din lume creia i se datoreaz deschiderea pieei de computere personale (PC - IBM compatibile).

Aceste maini erau caracterizate prin urmtoarele:

Viteza de lucru era limitat, fiecare operaie mai complicat durnd cteva secunde.

Uzura mainilor era destul de ridicat.

Antrenarea lor se fcea cu motoare mecanice, de obicei prin curele de transmiterea puterii.

Pentru fiecare operaie trebuia dat o comand manual.

Introducerea datelor se fcea manual, prin intermediul unui sistem de clape.

Mainile lucrau independent una de alta, fr s poat fi interconectate.

25

Prin folosirea cartelelor, se puteau folosi rezultatele date de o main ca date de intrare pentru alt main.

Mainile electromecanice de calculat

Mainile electromecanice si-au fcut apariia n 1920, o dat cu apariia electricitii, fora motrice motoare a fost nlocuit cu fora motrice electric. Acestea au folosit mult mai uor

cartela perforat, uor de citit i perforat de ctre dispozitivele electromagnetice, astfel nct rezultatele obinute de o main puteau fi folosite ca date de intrare pentru alt main.

Astfel n perioada 1920..1930 au fost perfecionate mainile cu cartele perforate, ele prelucrnd i informaii alfanumerice care cuprindeau statele de plat, fisele de magazie, etc.

In anul 1928 Taushek a descoperit principiul tamburului magnetic pentru nregistrarea informaiilor, principiu folosit i azi la calculatoarele PC, pentru memoria extern cu dischete.

Profesorul Howard Aiken de la Universitatea Havard mpreun cu specialitii firmei IBM Corporation, a construit n 1940 prima main electromecanic complex de calculat, numit Mark 1. Aceast main folosea relee electromagnetice controlate electronic i folosea sistemul

de introducere, stocarea i prezentarea rezultatelor pe cartele perforate.

Primele maini de calculat electronice

Intre anii 1937 1941 John Atanasov i asistentul su Clifford Berry aplic tehnologia lmpilor cu vid pentru a construi calculatoare digital integral electronice.

O lamp electronic este un dispozitiv care poate opri, amplifica sau ntrerupe un curent electric. n anii 1920 i 1930, oamenii de tiin au cercetat modul n care pot fi conectate aceste dispozitive n matrice, care s accepte semnale electrice reprezentnd numere, s proceseze semnalele n funcie de program i s afieze rezultatul. Printre calculatoarele cu tuburi renumite

se numr i British Colossus, proiectat pentru a sparge codul german Enigma din cel de-Al II-lea Rzboi Mondial i cel american, ENIAC (Calculator i Integrator Numeric Electronic), primul calculator electronic general cu memorie. La cererea i cu subvenia armatei n SUA a aprut ENIAC (Electronic Numeric Integrator And Computer). El a fost realizat la Universitatea din

26

Pennsylvania sub conducerea savanilor Mauchly i Eckert, n perioada 19421945 i a fost inaugurat la 16 februarie 1946, fiind n funciune pn n anul 1955.

Cntrind 30 de tone, funciona cu numere zecimale n loc de numere binare i necesita muli operatori. Acest calculator a cntrit 30 tone, avea cca. 45 m lungime i era construit din 50.000 de comutatoare i 18.000 de tuburi electronice. Cele 18 000 de tuburi electronice se ncingeau n timpul funcionrii i provocau des defeciuni. Aceste maini erau imense, iar programarea presupunea schimbarea circuitului prin cuplarea sau decularea unor cabluri, ns

modelele ulterioare reineau programele n zone de memorie electronice.

Putea s execute 5.000 de adunri sau scderi cu 10 cifre pe secund, depind de 1.000 de ori rapiditatea celor mai performante maini de calcul electromecanice. Din cauza tuburilor care

se ardeau destul de des, comenzile erau realizate de dou ori, cu ntreruperi n care se introduceau date de test pentru depistarea tuburilor arse.

In 1944 matematicianul John von Neumann a lansat ideea programului nregistrat, pentru care o main de calcul trebuie s fie dotat cu un dispozitiv de memorare a datelor i a comenzilor i care trebuie s lucreze cu o vitez mare i trebuie s permit nregistrarea simpl i

rapid a informaiilor. Astfel au aprut noiunile de algoritm de rezolvare a unei probleme i programul de prelucrare a algoritmului, a secvenelor de comenzi i memorare date.

John von Neuman a recomandat constructorilor de calculatoare 3 principii care sa fie

utilizate la realizarea unor calculatoare complexe i rapide:

Programele i datele trebuie s fie codificate sub form binar; Programele i datele trebuie pstrate n memoria calculatorului; Trebuie s existe o unitate central de prelucrare care trebuie s poat extrage, decodifica

i executa instruciunile programului.

Pornind de la teoria lui Neumann a fost construit EDVAC (Electronic Discrete Variabile Computer).

n 1947, inventarea tranzistorului la laboratoarele Bell Telephone a transformat domeniul calculatoarelor. Aceste componente minuscule erau fcute din cristal semiconductor, cum ar fi germaniul i siliciul, erau mai mici i mai fiabile dect lmpile electronice. n curnd,

27

au intrat n producie calculatoare mai compacte i mai ieftine, dei unele nc mai ocupau o camer ntreag.

Imaginea unor tipuri de tranzistori: www. iStockphoto.com/Shur23

n 1959, inginerii de la Texas Instruments au artat c e posibil ncorporarea mai multor tranzistori, conectai prin linii electrice pe o singur bucat de siliciu. Aceast inovaie e cunoscut sub numele de circuit integrat sau cip de siliciu. http://ro.wikipedia.org/wiki/Cip

Circuitul integrat, prescurtare n englez: IC, de la integrated circuit, (i se mai spune i "cip", de la cuvntul englez chip), este un dispozitiv electronic alctuit din mai multe componente electrice i electronice interconectate, pasive i active, situate pe o plcu de material

semiconductor (fcut de exemplu din siliciu), dispozitiv care n cele mai multe cazuri este ncapsulat ntr-o capsul etan prevzut cu elemente de conexiune electric spre exterior,

numite terminale sau pini (piciorue).

28

Un circuit integrat, mrit http://ro.wikipedia.org/wiki

De atunci, viteza i puterea de calcul a calculatorului, ca i numrul celor ce l utilizeaz, au evoluat cu o vitez neegalat de nici o alt tehnologie. Se afirm c, dac transporturile ar fi evoluat cu aceeai vitez, astzi ar fi trebuit s putem ajunge la Paris ntr-un minut i la preul de un dolar. Evoluia tehnologiilor legate de calculator duce la dublarea puterii de calcul cam la fiecare an i jumtate (afirmaie cunoscut sub numele de legea lui Moore2: numrul de tranzistori care pot fi pui pe un cip se dubleaz la fiecare 12-18 luni).

Circuitele integrate au dus repede la dezvoltarea unor calculatoare mai mici i mai ieftine. Cu toate c circuitele integrate au micorat dimensiunile calculatoarelor, unitile de procesare

erau nc alctuite dintr-o serie de circuite pe cip-uri separate.

2 Preedintele onorific i cofondatorul productorului de cip-uri Intel, a formulat aceast lege n 1965.

29

Imaginea unui circuit integrat(cip) Intel http://www.intel.com/

Intel Corporation: firm de microprocesoare

n 1971, un inginer care lucra pentru Intel i-a dat seama c circuitele comandate pentru un calculator electronic puteau fi puse toate pe un singur cip, dispozitivul obinut putnd fi folosit ca un cip de calcul de uz general. Rezultatul a fost cip-ul Intel 4004, primul microprocesor din lume. Acesta coninea, pe lng cip-ul de siliciu cu 2300 de tranzistori, ncapsulat ntr-o membran protectoare ceramic, i o serie de pini metalici proemineni, prin care era conenctat la alte componente ale dispozitivului controlat, putnd executa 60 000 operaii pe secund

Structura John von Neumann a unui sistem de calcul

n 1945, John von Neumann a descris primul model arhitectural pentru calculatoare.

Componentele principale ale unei maini von Neumann sunt: Unitatea Central de Prelucrare (UCP), Unitatea de Memorie (UM), Sistemul de Intrare Ieire (SI/O).

Unitatea Central de Prelucrare (UCP) are rolul de a prelucra informaiile i de a controla activitatea celorlalte echipamente. UCP este alctuit din:

MD

MA

30

Unitatea de Comand i Control (UCC) emite semnale de control ctre celelalte dispozitive; controleaz decodificarea i executarea instruciunilor.

Unitatea Aritmetico Logic (UAL) utilizat pe parcursul execuiei instruciunilor, efectueaz operaii aritmetice (+, -, /, * etc.) i logice (and, or, not, xor).

Regitri sunt zone de stocare temporar a informaiilor care rein temporar rezultatul operaiilor efectuate de UAL.

Unitatea de Memorie (UM) are rolul de a stoca datele i instruciunile programelor n curs de execuie. n funcie de modul de acces la informaii, memoria intern poate fi:

ROM (Read Only Memory) cu acces numai la citire; RAM (Random Access Memory) cu acces la scriere i citire. Sistemul de Intrare Ieire (SI/O) permite introducerea/ extragerea

informaiilor; este format din:

Dispozitive de memorare extern;

Dispozitive de intrare;

Dispozitive de ieire. Comunicarea ntre aceste componente se realizeaz prin intermediul unor magistrale. O

magistral reprezint un grup de linii de conexiune ce permit transmiteres de semnale.

Exist dou tipuri de magistrale:

Magistrale de adrese (MA) transmit numai adrese de memorie i conecteaz UCP cu memoria RAM.

Magistrale de date (MD) transmit date i instruciuni; conecteaz UCP, RAM i celelalte componene ale sistemului.

31

http://ebooks.unibuc.ro/informatica/Birotica/index.htm

http://ebooks.unibuc.ro/informatica/Birotica/index.htm

Clasificarea sistemelor de calcul

1. Supercalculatoare maini cu puteri de calcul uriae, rezultate pe de o parte din puterea procesoarelor care stau la baza lor i pe de alt parte din faptul c ele pot integra mai multe procesoare de nalt performan(sau mai multe calculatoare), care lucreaz n paralel, ca un tot. Supercalculatoarele

32

sunt utilizate pentru rezolvarea problemelor deosebit de complexe (cum ar fi problema schimbrii globale a climei, cea a genomului uman, aplicaii din astronomie etc.). Preurile unor astfel de calculatoare sunt de ordinul sutelor de mii sau chiar al milioanelor de dolari. Din aceast categorie fac parte supercalculatoarele Cray;

Imaginea unui supercalculator

33

2. calculatoare mari (mainframe-uri) cu mare capacitate de stocare i prelucrare a datelor.. Termenul mainframe tinde s fie nlocuit de acela de server de ntreprindere (enterprise server: calculator folosit pentru aplicaii de tipul celor ale marilor companii din economie). Iniial, prin mainframe se nelegea tipul de calculator ce a precedat minicalculatoarele de dimensiuni foarte mari, dar cu performane ce aveau s

rmn mult inferioare microcalculatoarelor de azi.Un astfel de calculator primete date de la numeroase periferice (terminale neinteligente - care nu fac nici o prelucrare independent a datelor care trec prin ele) i efectueaz apoi prelucrrile aferente la milioane de tranzacii pe zi 3. minicalculatoare aprute la sfritul anilor 60 i marcnd procesul de miniaturizare a calculatoarelor; termenul este depit astzi, pentru calculatoare de acel tip fiind utilizat acela de server mediu (mid-range server);

minicalculator al anilor `70 (Digital PDP 11/20)

4. server

34

calculator ce ofer servicii / resurse software sau hardware, altor calculatoare (clieni) ntr-o reea de calculatoare. Ca regul, un server dispune de un procesor mai puternic dect cele ale calculatoarelor servite, i de memorii (inclusiv secundare) mari,hard discuri multe;

Imaginea unui server

http://www.howstuffworks.com/

5. staia de lucru (workstation) un calculator desktop cu procesor i memorie mai puternice, putnd fi utilizat pentru aplicaii de tipul graficii tridimensionale sau dezvoltarea de jocuri;

6. micro-calculatoarele calculatorul personal (PC) are putere de calcul inferioar tipurilor de mai sus, dar realizeaz singur toate operaiile necesare prelucrrii automate a datelor, de la introducerea datelor de prelucrat la afiarea rezultatelor. Cu alte cuvinte, acest tip de calculator este proiectat pentru a fi folosit de o singur persoan. PC-uri nu sunt doar cele ce folosesc sistemul de operare

Windows, ci i cele de tip AppleMac Intosh. Din punct de vedere ergonomic, micro-calculatoarele pot fi astzi clasificate dup gradul de miniaturizare i, n consecin, posibila poziie a lor n timpul folosirii: lng birou (tower), pe birou (desk-top), n poal (laptop / notebook)

a. Calculator de birou (desktop) este un PC staionar. De obicei, un desktop are putere de calcul i memorie mai mari dect ale calculatoarelor portabile similare;

35

b. Laptop (notebook) calculator PC portabil la care placa de baz (procesor, memorie etc.), monitorul, tastatura, perifericul de poziionare pe ecran (nlocuind mouse-ul), unitatea de disc dur, unitatea CD sau DVD sunt toate integrate ntr-un modul de dimensiunea unui

album de pictur.

Un calculator laptop (Toshiba ). HowStuffWorks.

36

Componentele aceluiai laptop: track-ball (nlocuind mouse-ul), tastatura, placa de baz, monitorul LCD, procesorul, conexiunea modem, placa de sunet, memoria RAM, bateria rencrcabil, baterii de rezerv, unitatea de disc dur. HowStuffWorks.

Laptop-ul poate funciona fr legtur la priz, folosind bateria, care are o independen de cteva ore.

c. Tablete PC O tablet PC este n esen un laptop mic, echipat cu un ecran tactil rotativ ca un dispozitiv de

intrare suplimentare, i ruleaz un sistem de operare pentru PC ul standard (sau uor adaptat) cum ar fi Windows sau Linux.

HP Compaq tablet PC with rotating/removable keyboard

d. Netbook-urile sunt calculatoare ultra-portabile, care sunt chiar mai mici dect tradiionalele laptop-uri .. (aproximativ 300 dolari la $ 500- nseamn c sunt mai ieftine decat aproape orice laptop de brand). Cu toate acestea, componentele netbook-uri sunt mai puternice dect celedin laptop-uri

e. Palmtop (calculator de palm sau PDA Personal Digital Assistant)

37

PC de dimensiuni foarte mici. Deseori, discul dur este nlocuit cu memorie flash. De obicei tastatura lipsete, rolul acesteia fiind preluat de tehnologii bazate pe atingerea direct a ecranului. O versiune ceva mai mare a palmtop-ului este handheld computer (calculatorul inut n mn).

Palmtop i interiorul su. HowStuffWorks.

Calculatoare PDA : Compaq iPaqH3835 i HP Jornada 54. HowStuffWorks.

f. Calculatoare la purttor (wearable computers) ofer servicii uzuale ale unui calculator lucru cu baze de date, multimedia, agende, e-mail integrate ntr-un ceas, ntr-un telefon celular sau chiar ca accesoriu la haine!

Junko Kimura

38

Memoria intern

Organizarea unui calculator IBMPC. Calculatoarele de tip PC au o unitate central de procesare (numit microprocesor), o unitate de memorie principal (RAM) i dispozitive periferice, dintre care unele joac rol de memorie secundar. Cile de comunicaii care leag ntre ele aceste componente sunt numite bus-uri sau magistrale. Programele se memoreaz n memoria RAM nainte de a fi executate.

Organizarea hardware a unui calculator de tip IBMPC

39

Memoria RAM este o memorie cu acces direct realizat din module (cipuri) de diverse capaciti. Este o memorie volatil n care utilizatorul prin programele care le lanseaz n execuie, poate

scrie i citi date. Ea este practic, memoria de lucru curent. Dac se dorete pstrarea coninutului din aceast memorie n vederea reutilizrii ulterioare, acesta va fi salvat, adic va fi memorat pe un suport de memorie extern (hard disc, floppy disc, CD de exemplu) nante de a prsi aplicaia respectiv.

Organizarea fizic a memoriei

circuite integrate (chip-uri) care au rolul de a stoca informaiile (date i instruciuni). n forma binar.

chip-ul de memorie este un circuit integrat (integrated circuit (IC)) format din milioane de tranzistori si condensatoare

deci memoria este o succesiune de locaii binare, fiecare fiind capabil s rein o cifr binar (0 sau 1). Cantitatea de informaie ce poate fi nregistrat ntr-o locaie binar se numete bit (Binary Digit=cifr binar). Principalele operaii de lucru cu memoria sunt extragerea informaiilor din memorie (citire) i transferul informaiilor n memorie (scriere). Localizarea unei zone de memorie =adresa (cea mai mic zon de memorie adresabil este celula de memorie, constituit din 8 locaii binare consecutive). Cantitatea de informaie stocat ntr-o succesiune de 8 locaii binare se numete octet

(byte). Numrul total de bytes care pot fi nregistrai n memorie reprezint capacitatea memoriei. Pentru a exprima capacitatea memoriei se folosesc multipli ai byte-ului.

1KB(Kilobyte)=1024 bytes=210 bytes 1MB(Megabyte)=1024KB=220 bytes 1GB(Gigabyte)=1024MB=230 bytes 1TB (Terabyte)=1024GB=240 bytes adresa absolut unic (adresa fizic), numerotarea octeilor ncepnd de la 0. spaiul de adrese al memoriei (calculatorului). Dimensiunea memoriei adresabile depinde de dimensiunea

40

magistralei de adrese (numrul de linii care transport adresa, fiecare linie transportnd un singur bit).

Pentru a avea o reprezentare a acestor mrimi, s amintim c pn n anii 80, capacitile

uzuale ale memoriilor interne ale calculatoarelor erau de ordinul a 256 sau 512 kilo-octei (adic, 262 144 octei sau 524 288 octei).

Dimensiunea memoriei adresate

Familia de procesoare Dimensiunile magistralei de adrese B KB

MB

GB

8088,8086 20 bii 220 210 1

286,386 SX 24 bii 224 214 24

386 DX, 486, Pentium 32 bii 232 222 212 4

Apariia micro-procesoarelor a fost nsoit i de realizarea cipului de memorie de 1 mega-octet. Astzi, un calculator Pentium are n mod uzual o memorie intern de sute de mega-octei

sau chiar de un giga-octet, putnd ajunge n principiu pn la patru giga-octei. ntruct se folosesc 32 de bii pentru a scrie o adres, se pot scrie 232 adrese diferite, adic pot fi identificai 232 octei : exact 4 giga-octei.

Organizarea logic a memoriei Modul de adresare al memoriei este mai complex, datorit structurii microprocesoarelor Intel, care utilizeaz 2 registre de adrese: registrul de segment i registrul de deplasare. Memoria intern este organizat n blocuri de 64 KB, numite segmente. Pentru a identifica un segment este necesar specificarea adresei sale de nceput, numit adresa de baz a segmentului. Aceasta este reinut n registrul de segment. n registrul de deplasare este reinut numrul de octei ce constituie deplasarea zonei de memorie fa de nceputul segmentului (offset sau deplasare). Pentru a specifica o adres n acest format (adres logic) se utilizeaz notaia {segment : deplasare.} Modul de obinere a adresei absolute depinde de dimensiunea regitrilor procesorului i de dimensiunea magistralei de adrese.

41

Oricare ar fi tipul de memorie, aceasta este considerat constituit din celule de memorie (bytes), celula fiind cea mai mic parte a memoriei ce poate fi adresat direct i care reprezint unitatea de masur a memoriei, 1 celul = 1 byte = 1 octet= 8 bii. Celulele de memorie sunt folosite pentru stocarea diferitelor tipuri de informaii (numerice, alfabetice, grafice, sunete, etc.). Evident, n funcie de natura informaiei, pentru un tip de informaie, se utilizeaz una sau mai multe celule de memorie. De exemplu, pentru reprezentarea n memorie a numerelor reale se utilizeaz 4, 6, 8 sau 10 celule (bytes), n cazul limbajului de programare Borland Pascal, determinnd utilizarea mai multor domenii de valori reale: Single, Real, Double i Comp, Extended, domenii ce se deosebesc prin precizia de calcul pe care o ofer n acest mod. Prin urmare, limbajele de programare ofer metode i tehnici diferite pentru reprezentarea informaiilor, determinnd precizii de calcul diferite, utilizatorul fiind acela care va decide, n funcie de precizia de calcul dorit, limbajul de programare ce trebuie folosit sau programul de calcul ce trebuie apelat Din punct de vedere fizic, memoria aflat pe placa de baz a unui calculator este constituit din cteva cipuri de capacitate 4MB, 8MB, 16MB, 32MB sau maxim 64MB ce reprezint memoria principala a sistemului de calcul, ce include o memorie de baz (convenional ) de 640Kb de tip RAM.

Caracteristici generale ale memoriei

1. Principala caracteristic tehnic a unei memorii este dimensiunea ei, exprimat prin capacitatea sa maxim de stocare a datelor. Calculatoarele personale au pornit cu memorie intern de ordinul a un mega-octet (220 ceva mai mult de un milion octei). Acum capacitatea uzual a memoriei interne este de ordinul sutelor de mega-octei, putnd ajunge n principiu la 4096 de mega-octei (4 giga-octei).

2. Cuvntul de memorie=numrul de octei de informaie care pot fi citii sau scrii ntr-o singur operaie de transfer cu memoria. Transferul cu memoria este operaia prin care, de la o adres de memorie, sunt transferai un numr de bii corespunztor citirii sau scrierii n memorie. Unitatea de transfer cu memoria este cuvntul de memorie.

3. Lungimea cuvntului de memorie este o caracteristic constructiv a unui sistem de calcul.Poate fi :8bii , 16bii ,32bii , 64 bii

4. Timpul de acces la memorie.Orice acces la memorie este precedat de furnizarea de ctre procesor a adresei de memorie, unde se va face operaia de scriere sau citire. Timpul de acces

42

la memorie este intervalul scurs ntre momentul furnizrii adresei de ctre procesor i momentul obinerii informaiei

5. Ciclul de memorie este timpul minim necesar ntre dou accesri succesive la memorie 6. Viteza de transfer sau rata de transfer reprezint numrul de uniti de informaie

transferate n unitatea de timp Se msoar n octei sau multipli de octei pe secund

bit size a unui procesor ne d informaia despre ct de muli octei (bytes )de informaii poate accesa de la RAM in acelai timp.

(ex.: un CPU pe 16-bits poate procesa 2 bytes la un moment de timp, iar un CPU pe 64 bits poate procesa 8 bytes la un moment de timp)

Megahertz (MHz) reprezinta masura vitezei de procesare a unui CPU sau clock cycle (tactul unui CPU)

(ex.: un PIII la 800 MHz pe 32 de bits poate procesa 4 bytes simultan de 800 milioane de ori pe secunda (sau chiar mai mult daca se utilizeaza tehnologia pipelining))

7. Tipul tehnologic Din punct de vedere al principiului de stocare a datelor memoria RAM poate fi de tip: DRAM (Dynamic Random Access Memory; SRAM (Static Random Access Memory.

a. dinamic permind capaciti mai mari deoarece elementul de memorie care stocheaz un bit are un singur tranzistor. Preul pltit ns este necesitatea de a mprospta coninutul memoriei relativ des (la fiecare 70 nano-secunde), de fiecare dat printr-o ntrerupere a programului n curs de execuie.

In general memoria RAM din calculatoare este de tipul: dynamic random access memory (DRAM)

un tranzistor si un condensator luati impreuna formeaza o celula de memorie

fiecare celula de memorie. reprezinta un singur bit de informatie

tranzistorul are rolul unui comutator ce permite circuitului de control sa citeasca starea condensatorului sau sa-i schimbe starea (incarcat sau descarcat)

utilizand condensatoare, apar probleme de mentinere a starii de incarcare

43

controlul de memorie are rolul de a verifica starea condensatorului si de a reface starea acestuia (Operaia se numete remprosptarea memoriei (refreshing memory), ea constnd n recitirea coninutului la intervale de timp prestabilite i renscrierea lui la aceleai adrese. De exemplu, un cip de 8MB necesit remprosptarea coninutului la fiecare 32 de milisecunde.)

Pentru a avea acces la date i instruciuni, microprocesorul este conectat la memoria intern DRAM (Dynamic Random Access Memory) -memorie dinamic cu acces aleator al crei coninut este volatil, pierzndu-se odat cu ntreruperea sursei de

alimentare.

n scopul asigurrii unui timp de acces ct mai redus i o remprosptare a coninutului corelat cu asigurarea unei interfee cu magistrala local a

microprocesorului, memoria DRAM comunic cu magistrala local a

microprocesorului printr-un dispozitiv numit controler DRAM. b. static de capacitate mai mic, ntruct utilizeaz 4-6 tranzistori pentru a reprezenta un

bit. utilizeaza o tehnologie complet diferita

fiecare bit de informatie este memorat in circuite bistabile (flip-flop) ficare circuit bistabil are nevoie de 4-6 tranzistori + firele de conectare => spatiu

mare ocupat

circuitele bistabile nu trebuie reactualizate => creste viteza

deoarece ocupa mai mult spatiu este mai scumpa

este utilizata pentru memoria imediat a procesorului (CPUs cache) O trstur convenabil a calculatoarelor personale este faptul c memoria principal a

acestora poate fi mrit chiar fr a avea cunotine avansate de electronic: pot fi montate

module suplimentare n socluri special existente, dup principiul general Plug-and-Play =PnP (n traducere aproximativ, fixezi i poi folosi imediat).

Este poate cel mai simplu aspect al procesului cunoscut sub numele de upgrade (mbuntire)

Ierarhia de memorii.

44

Clasificarea memoriei unui sistem de calcul http://ebooks.unibuc.ro/informatica/Birotica/index.htm

Aa cum anticipa von Neumann n 1946, memoria calculatoarelor este organizat pe niveluri i funcii (ierarhie de memorii): cu ct este mai aproape de procesor, un nivel de memorie este mai rapid, dar are capacitate mai mic de stocare.

45

Diagrama ierarhica a memoriilor accesate de CPU http://stuff.dewsoftoverseas.com/computer-memory.htm Nivelul 0.-regitrii procesorului 16-20 regitri(cu vitez maxim de acces i capacitate de memorare de numai 8-64bii).Pentru informaia din regitri nu este folosit adresa,deci viteza de acces este cea mai mare

Nivelul 1.-nivelul memoriei imediat (cache) Actualele microprocesoare lucreaz la o frecven care nu permite memoriilor DRAM s-i

sincronizeze activitatea cu acestea, motiv pentru care ntre microprocesor i DRAM se plaseaz o

memorie mai mic avnd un timp de acces mai apropiat de cel al microprocesorului, numit memorie cache. Memoria cache este o memorie SRAM (Static RAM) n care se ncarc poriuni din DRAM ce vor fi accesate foarte rapid, ceea ce creeaz iluzia c toat memoria DRAM este disponibil la aceeai vitez cu cea a memoriei cache. Circuitul care supravegheaz transferul din memoria DRAM n memoria cache se numete controler de cache; aceasta de regul, este inclus n acelai cip cu controlerul DRAM.

46

Cache intern, ce poate avea capacitatea cuprins ntre 2 i 64 kilo-octei, i

Cache extern, cu capaciti ntre 256 kilo-octei i 2 mega-octei.

Compaq 64 MB (MPN-262398-B21) Cache Memory. DualTime.

Nivelul 2.-nivelul memoriei principale (RAM) const dintr-o memorie volatil3. memorie n acces direct (random access memory)

Un cip de memorie apare ca un strat de siliciu de civa milimetri. Pentru a fi uor de manevrat,

cipurile de memorie sunt nchise ermetic ntr-o capsul care asigur protecia siliciului. Cipurile sunt lipite unul lng altul pe modulele de memorie, ocupnd astfel o suprafa mai compact de civa centimetri. Modulele de memorie astfel constituite, apar sub forma unor circuite integrate cu conectori externi, pentru a fi introduse n soclurile disponibile pe placa de baz.

Exist trei tipuri tehnologice de module de memorie RAM:

SIMM (Single In-Line Memory Module), depit astzi, avea o capacitate de transfer de 32 bii;

3 La scoaterea de sub tensiune a calculatorului, memoria RAM pierde informaia stocat.

47

DIMM (Dual In-Line Memory Module) / DDR-DIMM (Double Data Rate DIMM), cu transfer simultan a 64 bii i cu capaciti de memorare cuprinse ntre 8 i 128 Mega-octei;

RIMM (Rambus In-Line Memory Module), comparabil cu memoria DDR, dar atingnd viteze de transfer mai mari dect aceasta, ceea ce este util pentru aplicaii grafice.

Modulele de tipurile amintite sunt asamblate n memorii RAM de diverse tipuri (DRAM Dynamic RAM, EDO DRAM Extended Data Out DRAM, SDRAM Synchronous DRAM, RDRAM Rambus DRAM, DDR SDRAM Double Data Rate SDRAM), care aduc mbuntiri succesive de vitez, ajungnd de la 133 MHz (SDRAM) la 200 MHz (DDR SDRAM).

Modul RIMM cu transfer simultan a 64 bii. Rambus. (Intel pentru microprocesoarele Pentium IV, )

Memorie de tip SDRAM de 1 GB (IBM MPN-33L3326). DualTime. http://computer.howstuffworks.com/computer-ram-memory-channel.htm

48

proiectul IBM- MRAM(Magnetic RAM), a cror vitez de citire/scriere va fi de aproximativ 10 ns. MRAM utilizeaz celule magnetice ce nu-i vor pierde coninutul odat cu ntreruperea alimentrii.

corporaiile Toshiba i Infineon Technology care vor lansa module de memorie FeRAM iniial cu o capacitate de 32 MB/modul, tehnologia de elaborare bazndu-se pe construirea celulelor de memorie din materiale feroelectrice.

Nivelul 3-nivelul memoriei secundare este reprezentat de un mediu de memorare permanent (care nu pierde informaia la scoaterea de sub tensiune) de mare capacitate. discul dur (hard disk). Memoria virtual.

Memoria ROM

Memoria ROM este, cum arat numele (Read-Only Memory), o memorie ce permite doar operaia de citire. (cum sunt cele ce codific operaiile utilizate la pornirea calculatorului, din BIOS).

BIOS pe memorie Flash (American Megatrends ) http://computer.howstuffworks.com/bios.htm

Exista 5 tipuri tehnologice de ROM

ROM este sub forma de linii si coloane (matrice) daca la intresecia dintre coloane i linii exista diode atunci se considera ca in nodul

respectiv este starea 1 altfel 0

=> este programata in momentul constructiei (nu mai poate fi programata) PROM (ProgrammableRead-Only Memory )poate fi programata (o singura data)

49

se realizeaza sub forma de matrice

intre linii si coloane exista niste sigurante, care in momentul

programarii pot fi arse (starea 0) sau nu (starea 1)

EPROM ( Erasable programmable read-only memory )(EPROM) poate fi rescrisa

celula de memorie este formata din 2 tranzistori separati printrun strat

subtire de oxid

pentru rescriere este nevoie de stergerea in prealabil a intregii memorii

stergerea se realizeaza prin expunerea chipului la lumina UV de o anumita

frecventa

o expunere prea lunga duce la deteriorarea chip-ului

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) utilizeaza pentru stergere campul electric aplicat unei celule

nu este nevoie de stergerea totala a chip-ului

este foarte lenta

Flash memory un tip de EEPROM ce lucreaza la viteza mai mari

flash-urile sunt i foarte rezistente la ocurile mecanice, ceea ce le face

foarte apte pentru aparatele portabile. n sfrit, memoriile bazate pe

50

flash-uri mai rezist i la presiuni mari, temperaturi ridicate i scufundare n ap.

O unitate de stocare USB. Cipul din stnga este memoria flash. La dreapta lui se vede microcontrolerul

Memoria R O M Memoria R A M

1. Este format dintr-un singur chip conectat pe placa de baz . 2. Permite acces doar la citire . 3. Este nevolatil .

4. Este inscripionat de firma constructoare de hard

1. Este format din mai multe chipuri conectate pe placa de baz . 2 Permite acces la citire i scriere

3. Este volatil

Memoria video 2 mega-octei.

VRAM VideoRAM, denumita si multiport dynamic random access memory (MPDRAM), un tip de RAM utilizat pentru placile video :termenul de multiport provine de la faptul ca VRAM-ul are doua porturi de acces independente, permitand CPU-ului si procesorului grafic accesul simultan la memorie.

51

Memorie video Viking Components (GPA1321U4GS3). DualTime. De ct memorie are nevoie sistemul de operare ?

WINDOWS XP PROFESSIONAL and HOME o Baseline: 128MB - 256MB o Optimal: 512MB - 1GB

WINDOWS 2000 PROFESSIONAL

o Baseline: 128MB - 256MB o Optimal: 512MB - 1GB

LINUX

o Minimum: 4MB fara XWindows o Baseline: 128MB - 256MB o Optimal: 512MB - 1GB

MACINTOSH OS X o Minimum: 48MB - 128MB

o Baseline: 128MB - 256MB o Optimal: 512MB - 1GB

Pornirea calculatorului

Pasul 1- efectuat de utilizator. Se apas butonulOn (pornit) al calculatorului. n acest fel, calculatorul este pus sub tensiune i ncepe s funcioneze; operaiile urmtoare, pn la pasul 3 inclusiv, se vor efectua automat, fr intervenia utilizatorului.

Pasul 2 efectuat de BIOS . Acest pas se concentreaz asupra hardware-ului. Are loc pornirea la rece a calculatorului. Cea mai mare parte a procesului descris la

acest pas are loc i n cazul n care se face o resetare (repornire) a calculatorului fr a-l scoate de

52

sub tensiune (pornire la cald); diferenele ntre cele dou tipuri de pornire sunt precizate mai jos.

BIOS (Basic Input Output System), rezident pe memorie ROM, execut auto-testul la pornire (power-on self-test POST). Prin acest test se verific existena, caracteristicile i funcionalitatea diverselor componente i echipamente ale calculatorului i se pregtete nceperea execuiei de programe. Principalele etape ale testului POST sunt:

- testarea funcionrii plcii video. Placa video conine de obicei un mini-BIOS care

iniializeaz memoria video i procesorul dedicat de pe plac. Dac placa video nu conine aceste secvene de instruciuni, atunci BIOS ncarc driverul video de acolo unde

este memorat (pe un alt ROM); - se testeaz dac e vorba de o pornire la cald sau la rece. BIOS decide c pornirea este

la cald dac n cei doi octei ncepnd de la adresa 0000047216 (scris n baza 2 ca 00000000000000000000010001110010) se afl valoarea hexazecimal 123416 (adic irul de bii 0001001000110100); altfel, pornirea este considerat la rece;

- n cazul unei porniri la rece, BIOS execut urmtoarele aciuni:

o verific memoria RAM, testnd la scriere i la citire fiecare octet al acesteia; o verific existena unei tastaturi i a unui mouse n stare de funcionare (aceasta

nsemnnd i testarea comunicrii cu perifericele respective); o verific n acelai mod i magistrala PCI. Dac aceasta exist i este funcional,

atunci se testeaz toate conexiunele PCI; o detectarea unei erori n fazele descrise pn aici este n mod cvasi-cert legat de o

problem de hardware. Astfel de erori sunt anunate de BIOS prin semnale sonore i / sau prin mesaje afiate pe monitor;

o mesajele afiate oricum n aceast etap dau informaii cum sunt cele privitoare la identificarea BIOS-ului nsui, la tipul procesorului, capacitatea memoriei, unitile de disc dur i flexibil;

- urmeaz un pas n care BIOS se ocup exclusiv de software: dac sunt necesare drivere

speciale (cum sunt adaptoarele SCSI), acestea sunt ncrcate; - n finalul POST, BIOS verific lista de periferice de pe care se poate lansa sistemul de

operare. Secvena de lansare a sistemului de operare se numete bootstrap loader, ea nsi fcnd parte din sistemul de operare. BIOS ncearc s porneasc procesul mai nti de pe primul periferic din list, n caz de eec de pe al doilea etc.

Pasul 3 efectuat de bootstrap loader. Acesta

53

- pregtete zonele de memorie n care va fi stocat sistemul de operare, precum i pe cele n care se vor gsi programe utilizator i alte date

- ncarc sistemul de operare n memorie - pred controlul sistemului de operare.

Aici se ncheie procesele legate de pornirea calculatorului. Unitatea central de procesare (UCP) sau microprocesorul

Imaginea unei plci de baz http://computer.howstuffworks.com/

Rolul microprosesorului

Unitatea central de procesare (UCP) sau microprocesorul supervizeaz aproape orice aciune n calculator:

1. citete din memorie pe rnd fiecare instruciune a programului, n ordinea de execuie, o

decodific (de exemplu, adunare), citete datele pe care instruciunea trebuie s le prelucreze (termenii adunrii), efectueaz operaia indicat de instruciune, scrie rezultatul n memorie i trece la instruciunea urmtoare care poate fi i din alt program, dac programul curent s-a terminat sau se ntrerupe; n acest din urm caz, informaiile curente din procesor sunt salvate ntr-o stiv, pentru a putea fi restaurate la reluarea programului ntrerupt. Procesorul este implicat i n alte tipuri de aciuni, cum sunt

2. furnizarea tactului de ctre orologiul central i 3. emiterea semnalelor de control pentru execuia instruciunilor.

54

Ceasul intern este un cristal de cuartz care vibreaz la aplicarea unei tensiuni electrice; frecvena ceasului este exprimat n cicluri/secund = Hertz (Hz) i este o msur a performanei procesorului.

Acest curent alternativ se numete semnalul de ceas. Valoarea frecvenei este de ordinul milioanelor ntr-un PC, de aceea se msoar n MHz

O perioad de ceas este cel mai mic element de timp al procesorului.

Microprocesoare produc mai multe firme, printre care cea mai cunoscut este Intel; alte firme productoare de microprocesoare sunt AMD, Cyrix, Motorola etc.

Imagini de la fabricarea cip-urilor. HowStuffWorks.

Microprocesor Motorola Dragonball

pentru calculatorul handheld Palm Pilot M100. HowStuffWorks. Un factor hotrtor n viteza de prelucrare a oricrui calculator l constituie performana microprocesorului care este dat de urmtoarele caracteristici:

55

1. viteza de execuie a instruciunilor programelor, 2. memoria intern pe care o poate adresa direct 3. memoria cache integrat.

1. Viteza de execuie este dependent de lungimea cuvntului de memorie i viteza ceasului.

lungimea cuvntului este determinat de capacitatea regitrilor microprocesorului, capacitate corelat cu numrul de linii al magistralei de date: 8, 16, 32, 64 bii.

frecvena ceasului (la primele microprocesoare, era de circa 4MHz, iar acum a trecut de 3000 de MHz)

2. Memoria intern care o poate adresa direct este determinat de capacitatea registrului de adrese, dependent de lungimea cuvntului i corelat cu numrul de linii al magistralei de date; de exemplu, 32 linii de adres pot accesa 232 adrese de memorie (4 G de RAM), iar 36 linii de adres pot accesa 236 (64 G de RAM) adrese de memorie. 3. Memoria cache integrat pe cipul microprocesorului (cacheL1) interpune un bloc de memorie rapid SRAM ntre microprocesor i DRAM n care sunt pstrate datele i instruciunile pe care microprocesorul le va solicita n momentele imediat urmtoare; efectul acestei interpuneri conduce de cele mai multe ori la eliminarea timpului de ateptare de ctre microprocesor, a

ncrcrii datelor sau instruciunilor programelor din memoria intern DRAM.

Limbajul main. Fiecare program, indiferent de limbajul n care a fost scris de ctre programator, ajunge s fie executat de (micro)procesor numai dup ce a fost tradus (compilat) n singurul limbaj pe care l tie procesorul (i deci calculatorul): limbajul su main. Dac dm spre execuie la dou calculatoare, unul cu procesor Intel i cellalt cu procesor Motorola, un acelai program scris

n C++, de fapt fiecare procesor va executa programul dat ca pe un ir de instruciuni n propriul su limbaj-main; aadar, n momentul execuiei, un acelai program va arta diferit n calculatoare cu procesoare diferite.

Limbajul-main conine cteva zeci de instruciuni elementare, cele mai simple ce pot fi executate de procesor. Execuia unei singure instruciuni scris ntr-un limbaj evoluat (C++, de exemplu) const de fapt din execuia unui ir de astfel de instruciuni elementare.

O instruciune n limbaj-main poate indica procesorului: - s execute, prin intermediul Unitii Aritmetice i Logice, o operaie aritmetic sau boolean

asupra unei reprezentri de numr ntreg sau fracionar sau asupra unei valori de adevr;

56

- s transfere un ir de bii dintr-o zon a memoriei n alta; - s modifice ordinea de execuie a instruciunilor memorate, eventual dup verificarea unei

condiii logice. Acestea sunt operaiile la nivelul limbajului main. Ele sunt acei atomi din care este alctuit

calculul, aa cum l vede procesorul. Felul n care sunt proiectate instruciunile limbajului-main din punctul de vedere al circuitelor care le execut i al structurii irurilor de bii pe care le prelucreaz constituie elementul fundamental de definire i de proiectare a unui anumit

procesor.

Pornind de la aceste fundamente diferite, diverse procesoare ajung s execute n mod identic un acelai program, indiferent dac este scris n C++, Java sau Pascal. De ce au fost inventate aceste noi limbaje, care constituie un nivel suplimentar fa de limbajul-main? Descris n instruciuni ale limbajului-main, rezolvarea unei probleme poate fi dus la capt de procesor, dar este foarte greu de neles pentru om. Calculatoarele pot fi programate n limbaj-main de foarte puini specialiti. i n prezent este utilizat doar la programarea unor microprocesoare pentru automatele simple.

Un prim pas n drumul calculatorului spre larga utilizare de azi l-a constituit tocmai creterea numrului celor care l puteau programa: au aprut limbaje mai apropiate de modul n care omul i reprezint rezolvarea unei probleme; astfel de limbaje (primul a fost Fortran, n 1954) se numesc limbaje evoluate. Pentru ca, aa cum aminteam, procesoare diferite s execute la fel un acelai program scris ntr-un limbaj evoluat este nevoie n primul rnd ca fiecare calculator s posede, n software-ul su, un compilator4 pentru limbajul evoluat i, n al doilea rnd, este nevoie ca reprezentrile datelor s fie standardizate pentru toate calculatoarele. Condiia de standardizare ine de arhitectura calculatoarelor: reprezentrile interne ale datelor elementare (numere i caractere) fac parte din arhitectura procesorului. Alegerea unei reprezentri nseamn deciderea procedurii (standardului) de codificare / decodificare a datelor, inclusiv opiunea privind lungimile pe care se reprezint acestea. Spre exemplu, literele se pot reprezenta n toate calculatoarele folosind codul ASCII, care asociaz unei litere un ir de opt bii: litera A se reprezint n ASCII ca 01000001.

4 Un compilator este scris pentru un anume limbaj evoluat i pentru un anume procesor. El traduce programe din acel

limbaj evoluat n limbajul-main al procesorului respectiv.

57

Limbajele de programare

Cronologic, limbajul n cod main, a fost primul limbaj de programare utilizat. Pornindu-se de la descrierea semantic a algoritmului, programul cuprinde un sir finit de instruciuni, redactate sub forma unor secvene cu caractere binare

Astzi, o mare parte din etapele necesare n programarea n limbajul main au fost transferate calculatorului, prin crearea unor tipuri de limbaje de programare. Aceste limbaje sunt recunoscute de calculator care este utilat cu anumite programe n acest sens, denumite compilatoare, care le transform n limbaj main.

Din punct de vedere semiotic, majoritatea specialitilor susin c unele dintre limbajele de programare sunt mai apropiate de cele logice, pe cnd altele mai apropiate de cele naturale.

In ultimii 40 de ani, au fost realizate un numr impresionat de limbaje de programare printre care putem enumera:

ALGOL (ALGOrithmic Language), aprut n 1958, orientat pe calcule tehnico-tiinifice, din care a aprut ulterior Limbajul PASCAL. un limbaj algoritmic, n care se dau o serie de reguli de formare a construciilor corecte, a fost folosit n universiti;

PASCAL, un limbaj creat n 1971, de tip structural (fiecare prelucrare este considerat ca un bloc, iar blocurile pot fi nchise, ncapsulate unele n altele). Acest limbaj creat n Elveia a avut o mare dezvoltare odat cu apariia microcalculatoarelor;

FORTRAN (FORmula TRANslator) orientat pe calcule tehnico-tiinifice creat n 1956;un limbaj universal, unul din cele mai folosite limbaje n anii 70. In acest limbaj exist faciliti n realizarea ciclrilor;

COBOL (Common Business Oriented Language), orientat pe calcule economice, care manipuleaz un volum mare de date,creat n 1960

BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code), creat n 1975 este un limbaj interactiv i care poate fi folosit pe microcalculatoare i chiar pe calculatoare de buzunar. A fost creat n SUA i permite utilizarea lui de ctre nespecialiti n informatic.

LISP (LISt Processing language), creat n 1960 i orientat pe prelucrri pe baz de liste. Este primul limbaj neprocedural care st la baza inteligentei artificiale i a sistemelor expert.

58

PROLOG limbaj folosit pentru programe expert din diferite domenii: medicin ( pentru diagnostic i recomandri tratament), geologie, procese tehnologice, etc.;

C a fost creat n 1971 de ctre firma Bell-Telephone pentru a permite realizarea sistemului de operare Unix. Este un limbaj foarte performant care posed conceptele limbajelor structurale de nivel nalt i n plus i permit accesul la hardware.

C++ limbaj orientat pe obiecte ce asigura stocarea datelor din realitate, instrumente de programare i de modelare a unor situaii din lumea reala

JAVA este un limbaj modern, orientat spre obiecte i este utilizat pentru paginile Web, fiind bine protejat mpotriva viruilor.

Evoluia microprocesoarelor. Intel 4004 a reprezentat prima realizare a unui ntreg procesor prin integrare pe un singur

cip (chip); Intel 8008 a fost primul microprocesor folosit ca unitate central de procesare ntr-un

calculator.

Din punctul de vedere al succesului comercial al microprocesoarelor, capul de serie a fost

pentru Intel 8080 din 1974 un microprocesor pe 8 bii, cu frecven a ceasului de 2 MHz i

care integra 6000 de tranzistoare pe un singur cip. Procesorul 80286 din 1982 lucra pe 16 bii i avea aproape 150000 de tranzistori, la o

frecven de 6 MHz. Pentium, lansat n 1993, ajunsese la 3 milioane de tranzistoare i la frecvena de 60 MHz;

procesorul lucra cu date pe 32 sau 64 de bii. Dup Pentium II (1997) i Pentium III (1999), n anul 2000 a aprut Pentium IV, avnd 42 de milioane de tranzistori i o frecven de 1500 MHz.

Un indicator al vitezei de lucru a unui procesor este cte milioane de operaii pe secund se estimeaz c poate executa. Cum operaiile efectuate variaz mult de la un program la altul, iar tipuri diferite de operaii au timpi diferii de execuie, msura aceasta nu este exact i depinde de aplicaiile pentru care este folosit calculatoru