Capitolul I

ARHITECTURA UNUI SISTEM DE CALCUL

Un computer (în limbajul uzual actual un calculator, sau un sistem de calcul) poate fi definit ca un echipament electronic de prelucrare automată a datelor, pe baza unui program.

Programele de calculator sunt seturi de instrucţiuni scrise prin intermediul unui limbaj de programare ce transcriu un algoritm.

Limbajul de programare este un limbaj accesibil atât operatorului uman cât şi echipamentului tehnic.

Un algoritm este o metodă de rezolvare a unei probleme printr–un număr finit de paşi.

Un pas este o operaţie ce poate fi efectuată de către un operator.Datele sunt informaţiile trecute pe un suport.Configuraţia unui sistem reprezintă lista componentelor acelui sistem.Arhitectura unui sistem este configuraţia împreună cu relaţiile dintre elemente.Un sistem de calcul este un ansamblu de doua componente:HARDWARE – este un termen care acoperă totalitatea componentelor

electronice şi mecanice ale sistemului de calcul (partea fizică);SOFTWARE – este un termen care acoperă totalitatea programelor utilizate

într–un sistem de calcul. În cadrul componentei software se distinge un element care asigură interconectarea tuturor componentelor sistemului de calcul, transformându–le într–o entitate – calculatorul – şi care asigură şi interconectarea acestuia cu mediul exterior. Acest element software se numeşte sistem de operare.

COMPONENTELE HARDWARE

Hardul fundamental al unui PC este compus din următoarele elemente majore:

– carcasa;– placa de bază;– microprocesorul;– un set compus din memoria rapidă şi dispozitive de stocare mai lente, pentru

a salva şi regăsi date şi programe;– set de echipamente intrare/ieşire;– o magistrală/set de magistrale;– set de adaptoare;– porturile;– dispozitive de stocare lente;

Carcasa – este compartimentul principal care coordonează întreaga activitate a unui calculator personal, de aici se solicită informaţiile pe care utilizatorul le va

introduce de la tastatură sau de aici se afişează rezultatul pe monitor. Tot în unitatea centrală sunt realizate prelucrările de date prin execuţia unui program.

Criterii de clasificare:– după felul construcţiei: AT şi ATX (cele moderne);– după felul dimensiunii: desktower, minitower, miditower, bigtower.

Fig. 1 Tipuri de carcase pentru PC

Sursa – Power Supply Unit (PSU) asigură fiecărei componente din PC cantitatea exactă de curent de care are nevoie pentru a funcţiona.

Sursele conţin componente periculoase la atingere, de aceea ar trebui desfăcute doar de persoane calificate în acest domeniu.

Sursele obişnuite din calculatoare transformă curentul alternativ de 110V sau 230V în diverse măsuri de curent continuu, de regulă 3,3V, 5V şi 12V, necesare componentelor din PC.

Puterea de consum se referă la puterea exprimată în Waţi a sursei, mai pe înţeles puterea însumată a numărului de componente din PC pe care această sursă le va putea alimenta.

Dacă este vorba despre un calculator care nu are decât un hardisk, o unitate de CD şi o unitate de dischetă, e suficientă o sursă de putere mică, să spunem 200W. Dar dacă este vorba de plăci video cu alimentare separată, număr mare de discuri fixe HDD şi alte dispozitive care necesită curent pentru a funcţiona, vom alege o sursă corespunzătoare, de pâna la 500W.

Fig. 2 Tipuri de surse pentru PC

Placa de bază – reprezintă suportul fizic şi logic pentru celelalte componente, fiind componenta hardware ce asigură interconectarea fizică a tuturor elementelor din configuraţia unui sistem de calcul; mai este denumită şi placa principală (motherboard).

Pe ea se află aplicate următoarele componente: micropocesorul, memoria, alte plăci necesare funcţionării unor echipamente inserate în locaşe speciale, numite sloturi.

Mai există pe placa de bază sloturile în care se pot introduce plăci de extensie (modemuri, plăci video, plăci de retea, plăci de sunet, etc). Sloturile pot fi diferenţiate în funcţie de diferenţele constructive : VL–BUS, ISA, EISA, PCI, PCI–E, PCMCIA, AGP. Pe lângă acestea, porturile seriale şi paralele servesc la conectarea unor dispozitive periferice, cum ar fi: mouse–ul, imprimanta, modem–ul, etc.

Placa de bază poate fi clasificată după:– format: AT, ATX şi microATX;– tipul soclului procesorului:

Socket A (procesoarele AMD) Socket 478 (procesoarele Intel Pentium şi Celeron) Socket 754 (procesoarele AMD 64) Socket 939 (procesoarele AMD 64-FX) Socket 775 (procesoarele Intel Pentium şi Celeron)

– producătorul şi tipul chipsetului folosit: VIA KT 133, KT 133A, KT 266, KT 333, KT 400, KT 400A,

KM400, KT 600, KT800, AM2, AM2+, AM3; INTEL 845, 865, 875, etc.; SIS 648, 650, 655; nVIDIA nForce2, nForce3, nForce4;

– tipul memoriei folosite: SDRAM, DDRAM – single channel sau dual channel, DDRAM2;

– dotări: Raid, SerialATA, Firewire, etc.

Fig. 3 Principalele părţi componente ale unei plăci de bază

Microprocesorul – la majoritatea calculatoarelor actuale, acesta este un microprocesor INTEL, sau unul dintre procesoarele compatibile INTEL (de exemplu AMD – Advanced Micro Device) produse de alte companii;

Este un circuit integrat (CIP) conţinând circuite sofisticate cu rolul de a efectua operatii aritmetice şi logice.

Microrocesorul poate fi considerat ca fiind un calculator de buzunar cu funcţii complete şi facilităţi auxiliare. Trebuie amintit că un calculator poate avea unul sau mai multe procesoare. Plăcile de bază “normale” permit prezenţa unui singur processor, însă sunt producători ce oferă opţiunea de “dual processor”.

Principalele caracteristici ale puterii unui procesor sunt: cantitatea de memorie ce poate fi citită la un moment dat; viteza de execuţie a operaţiilor; numărul de instrucţiuni diferite ce pot fi executate.Microprocesorul îndeplineşte funcţiile unităţii centrale: execută operaţii

aritmetice şi logice, decodifică instrucţiuni speciale, transmite altor cipuri din sistem semnale de a memora date, adrese de memorie, adresa în care se găseşte următoarea instrucţiune de executat precum şi indicatorii care arată cum s–au terminat instrucţiunile anterioare .

Procesoarele pot fi clasificate după: domeniul de activitate:

– Personal Computer: AMD (K6 II, Duron, Athlon XP, 64, 64 FX) INTEL (Pentium Celeron, Pentium 4);

– Servere: AMD ( Athlon MP, AMD Opteron) INTEL ( Pentium Xeon);

producător: AMD, INTEL, VIA, etc.; frecvenţa la care lucrează procesorul: 800 Mhz ÷ 3400 Mhz;

Memoria cache: 64 Kb, 256 Kb, 512 Kb, 1 Mb, 2 Mb, etc; Socket–ul folosit: Socket A (procesoarele AMD);

Socket 478 (procesoarele Intel Pentium 4 si Celeron);Socket 754 (procesoarele AMD 64);Socket 939 (procesoarele AMD 64–FX);

Frecvenţa FSB–ului: 133Mhz ÷ 1000 Mhz.

Fig. 4 Tipuri de microprocesoare ale unui sistem de calcul

Coolerul – ansamblu format dintr–un ventilator şi un radiator de căldură cu rolul de a prelua căldura degajată de microprocesorul calculatorului şi a o degaja în aer.

Fig. 5 Părţile componente ale unui cooler

Un set compus din memoria rapidă si dispozitive de stocare mai lente – pentru a salva şi regăsi date şi programe;

Memoria RAM

În configuraţia unui sistem de calcul întâlnim două mari tipuri de memorii – RAM şi ROM.

Există două tipuri de memorie internă diferenţiate din punct de vedere constructiv:

1. Memoria ROM (Read Only Memory) este memoria doar pentru citire. Nu poate fi scrisă şi conţine codul anumitor programe scrise de fabricanţi pe plăcile de bază (BIOS–ul).

2. Memoria RAM (Random Access Memory) este pentru citire şi scriere. Pentru citire se determină informaţia memorată, iar pentru scriere se

memorează informaţiile.

Fig. 6 Tipuri de memorii utilizate de PC–uri

Cu cât memoria internă este mai mare cu atât programele se execută mai repede. Fizic, memoria se prezintă sub forma unor circuite integrate (circuite electrice obţinute prin aplicarea pe un suport electroizolant a elementelor de circuit electric în scopul miniaturizării şi simplificării tehnologiei de fabricaţie), lipite pe un circuit imprimat care se ataşează plăcii de bază.

Memoria este spaţiul de lucru primar al oricărui calculator. Lucrând în tandem cu CPU (procesorul) are rolul de a stoca date, de a înmagazina informaţii ce pot fi procesate imediat şi în mod direct de către procesor sau alte dispozitive ale sistemului. Memoria asigură de asemenea legătura dintre software şi CPU.

Criterii de clasificare:– tipuri de module de memorie:

EDO–RAM (modelele mai vechi) SDRAM (PC100, PC 133) DDRAM (PC2100, PC2300, PC3200, PC4000) DDRAM2 () RIMM/RAMBUS (PC 800, PC 1066, PC4000) SO–DIMM (pt. notebook sau laptop) – SDRAM, DDRAM

– frecvenţa la care lucrează: 100 Mhz ÷ 550 Mhz (PC 5000)– cantitatea de memorie: 64 Mb, 128 Mb, 256 Mb, 512 Mb, 1024 Mb

Fig. 7 Tipuri de memorii RAM utilizate de PC–uri

Harddisk–ul – reprezintă cea mai importantă unitate de stocare a datelor.Acestea sunt înmagazinate permanent, indiferent dacă calculatorul este deschis

sau închis. Pe hardisk sunt stocate toate fişierele de date ale utilizatorului. El nu se vede deoarece se află în interiorul echipamentului, de calcul şi este o componentă deosebit de sensibilă.

Tipuri de hard disk:– interne;– externe (conectare la USB, Firewire).Clasificare hardisk–urilor:– în funcţie de interfaţa utilizată: IDE, ATA, Serial–ATA, SCSI;– în funcţie de numărul de rotaţii al platanelor: 5400 rpm, 7200 rpm, 10000

rpm, 15000 rpm;– în funcţie de capacitatea de stocare : 20 Gb ÷ 500 Gb;– în funcţie de capacitatea de memoria cache: 2 Mb, 8 Mb, 16 Mb.

Fig. 8 Prezentare generală harddisk

EDO

SDRAM

DDRAM

DDRAM2

O magistrală / set de magistrale – cu rolul de a conecta microprocesorul la memorie sau la adaptoarele care fac posibilă ataşarea altor dispozitive prin porturile sau conectorii lor de extensie. Magistralele pot fi gândite ca nişte autostrăzi electronice care interconectează componentele hard ale unui PC.

Schema interconectării componentelor sistemului de calcul este prezentată în figura 1.

Fig. 9 Interconectarea componentelor PC cu procesorul

Set de echipamente intrare/ieşire – incluzând tastatura, mouse, scanner, CD–RW, DVD–RW sau cititoare de cod de bare ca dispozitive de intrare. Cele mai uzuale echipamente de ieşire sunt imprimantele şi monitoarele.

Unităţile optice variază foarte mult în funcţie de sisteme. Majoritatea producătorilor tind să ofere informaţii legate numai de tipul de unitate optică aflată în componenţa sistemului. Ceea ce nu menţionează în multe cazuri sunt diversele viteze ale unităţilor optice. Ceea ce ne interesează la o unitate optica sunt: tipul de unitate şi viteza acesteia.

Tipuri de unităţi opticeExista două tipuri de medii optice de stocare folosite de calculatoare in prezent:

Compact Discuri (CD) si Digital Versatile Disc (DVD). Compact discurile pentru stocare de date deriveaza din compact discurile audio. Exista doua variante, cele de 650 MB si cele de 700 MB. Pot contine date, audio, sau ambele pe acelasi disc. Majoritatea programelor software pentru calculatoare sunt distribuite pe CD-uri. DVD a derivat din formatul compact digital video. DVD este in principal folosit

pentru stocarea de date in format video, si nu pentru distributia de software. Cititoarele de DVD sunt de asemenea compatibile si cu formatul CD.

Mediile optice pot fi read-only (ROM) - adica pot fi doar citite - sau inscriptibile (desemnate cu R, RW sau RAM). Mediile read-only permit numai citirea datelor de pe disc, ele nu mai pot fi rescrise. Mediile inscriptibile pot fi scrise cu date, muzica sau fisiere video. CD writer-ele sunt standardizate si sunt compatibile cu aproape toate echipamentele existente pe piata. La DVD writer-e exista in prezent o problema legate de formatele care pot fi suportate de unitate. In prezent, pe piata exista 4 formate: DVD-R, DVD+R, DVD-RW si DVD+RW. Principalul dezavantaj este ca nici un format nu este suportat de toate DVD player-ele de pe piata. Exista pe piata si unitati combo. Acestea sunt CD writer-e care pot citi si medii DVD.

Cresterea vitezelor de transferToate unitatile optice sunt caracterizate de un multiplu care reprezinta viteza

maxima cu care poate opera unitatea in comparatie cu standardul original CD sau DVD. Aceasta viteza maxima nu este mentinuta pe toata durata citirii mediului optic. Pentru ca totul sa fie si mai complicat, unele unitati optice au mentionate viteze multiple. Cum putem sti la ce se refera fiecare?

Unitatile read-only sau ROM pot fi caracterizate de doua viteze. Pentru o unitate CD-ROM in general se specifica o singura viteza - viteza maxima de citire. Uneori se mai specifica si o a doua viteza - viteza de citire a unui CD audio la conversia datelor de pe acesta in format digital MP3. Unitatile DVD-ROM au specificate doua sau trei viteze in mod normal. Prima viteza este viteza maxima de citire a datelor de pe DVD, a doua viteza este viteza maxima de citire a datelor de pe CD. La fel ca la unele CD-ROM-uri, uneori mai este specificata si o treia viteza, cea de citire a unui CD audio la conversia datelor de pe acesta in format digital.

Unitatile optice de scriere au specificate si mai multe viteze. De obicei, CD writer-ele au specificate trei viteze. Prima este viteza maxima la scrierea pe medii optice CD-R (medii ce pot fi scrise o singura data). A doua viteza este cea maxima la scrierea pe medii optice CD-RW (medii ce pot fi rescrise). Dar viteza maxima de scriere va fi limitata de viteza maxima pe care o suporta mediul optic. Ultima viteza este cea maxima de citire a unui CD. DVD writer-ele mai au inca o viteaza in plus specificata fata de CD writer-e, aceasta este viteza de scriere a unui mediu DVD.

Set de adaptoare – care permit microprocesorului să controleze şi să comunice cu echipamentele I/O (imput/output) şi de stocare. Aceste adaptoare sunt ansambluri de circuite care se ataşează magistralelor sistemului şi care convertesc fiecare magistrală într–un port de interfaţă care acceptă conectarea anumitor echipamente I/O. De exemplu, un adaptor de port serial se conectează la o magistrală a calculatorului şi se creează un port COM (de comunicare) la care poate fi conectat un modem. Adaptorul este deci puntea de legătură între magistralele calculatorului şi dispozitivele care trebuie conectate la el;

Se refera la mufele cu care alimentam componentele PC-ului. Le voi aminti întâi pe cele indispensabile si anume : Molex (cele cu 4 pini necesare alimentarii hardisk-urilor, unitatilor optice etc, conectori FDD, pentru discheta, ATX power connector, pentru alimentarea placii de baza) si voi continua cu cele particulare,

specifice constructorului sau perioadei de evolutie la care facem referire (amintesc cu aceasta ocazie ca o sursa de calitate le contine pe toate :). Conectorii deosebiti sunt : P4 connector - folosit exclusiv pentru alimentarea procesorului, Intel power connector - caracteristic în special placilor INTEL, Aux alimentare suplimentara caracteristica în special serverelor, SATA pentru conectarea noilor modele de harduri Serial ATA, mainboard monitor - destinat adaptarii ventilatiei în functie de temperatura componetelor de pe placa de baza.

Porturile – sunt interfeţe hard (conectori fizici) care permit ca în timpul fabricaţiei sau mai târziu să poată fi ataşată la magistralele calculatorului o gamă largă de adaptoare;

Dispozitive de stocare lente – unde datele şi programele sunt păstrate pe termen lung. Acestea includ medii de stocare nevolatile (magnetice sau optice) ca, de exemplu, CD–URI, DVD–uri şi dischete.