bazele tehnologiei informatiei

Bazele tehnologiei informaţiei - CURS

- reprezintă acea componentă a sistemului electronic de calcul în care se stochează intrucţiunile programelor aflate în curs de execuţie, datele de prelucrat, rezultatele intermediare şi finale ale procesului de prelucrare.

Timpul de acces la memoria internă trebuie să fie mai mic sau cel mult egal cu timpul necesar Unităţii Centrale de Prelucrare pentru a executa o instrucţiune.

Dispozitivele fizice din care e construită memoria internă trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe:

să fie constituită din materialele care au două stări stabile (pentru a putea reprezenta informaţia în formă binară)

să aibă un volum cât mai mic să aibă un cost pe unitatea de memorie cât mai mic să aibă un timp de acces cât mai redus să permită realizarea modulară. Pentru a răspunde acestei cerinţe, memoriile au fost

construite din inele de ferită sau film magnetic. În prezent, memoria calculatoarelor personale e construită din circuite semiconductoare integrate pe o pastilă de siliciu.

Celulele binare sunt dispuse sub formă de matrici cu 8 linii şi 8 coloane astfel:

Încărcarea celulelor binare se realizează trimiţând curent electric mai întâi pe liniile de adresă (semnal RAS) şi apoi pe liniile de coloană (semnal CAS). La intersecţia liniilor încărcate electric, celulele binare sunt poziţionate pe valoarea binară 1, iar celelalte rămân poziţionate pe 0.

Memoria internă a calculatoarelor personale e formată din două tipuri de memorie care stochează informaţiile în mod diferit şi pe durate diferite de timp:

memoria ROM (Read Only Memory) – memorie permanentă pentru citire memoria RAM (Random Access Memory)

1


e o memorie al cărui conţinut poate fi doar citit, dar nu poate fi modificat de utilizator. Citirea informaţiilor din această memorie e nedestructibilă, conţinutul ei e fix din construcţie, de aceea se mai numeşte şi memorie statică sau memorie moartă.

În cipurile de memorie ROM se păstrază programele de maximă generalitate sau frecvent utilizate, care trebuie să fir permanent prezente în memoria calculatorului. La memoria ROM se pot adăuga următoarele variante de memorii permanente:

► memoria PROM (Programmable Memory) – e o memorie permanentă, programabilă pentru citire şi funcţioneazăla fel ca memoria ROM, dar utilizatorul e cel care stabileşte conţinutul acesteia. O dată inscripţionată, conţinutul ei poate fi doar citit, nu şi şters sau modificat

► memoria EPROM (Erasable PROM) – conţinutul ei poate fi citit sau şters cu ajutorul unui dispozitiv special cu raze ultraviolete şi apoi reinscripţionată. Pentru a putea fi ştearsă, memoria EPROM trebuie să fie scoasă din sistem

► memoria EEPROM (Electrically EPROM) – poate fi ştearsă pe cale electrică înlătură dezavantajul memoriei EPROM, care pentru a putea fi ştearsă trebuia să

fie scoasă din sistem. Memoria EEPROM este ştearsă sub controlul sistemului de operare folosind tensiuni electrice ridicate şi este reînscripţionată la aceeaşi adresă

spre deosebire de memoria EPROM, care trebuie să fie ştearsă integral, la memoria EEPROM ştergerea şi reînscripţionarea se realizează la nivelul fiecărui byte independent

► FLASH – ROM e memoria care poate fi şterasă pe cale electrică şi reprogramată într-un timp relativ scurt, de unde şi denumirea de flash

conţinutul memoriei FLASH-ROM e împărţit în blocuri de anumite dimensiuni, ştergerea şi rescrierea realizându-se la nivelul fiecărui bloc independent, sub controlul sistemului de operare şi folosind tensiuni electrice normale.

e memoria vie a sistemului, al cărei conţinut poate fi citit şi scris (şters şi modificat de utilizator).

E o memorie cu acces direct realizată din circuite semiconductoare integrate pe pastile de siliciu conform tehnologiei MOS (Metal Oxyd Semiconductor).

Citirea sau scrierea datelor din / în orice celulă de memorie se realizează în acces direct.Din punct de vedere al amplasării, cipurile de memorie RAM se găsesc pe placa de bază, la

început lipite direct pe placa de bază, astăzi sunt introduse în conectorii de extensie ai plăcii de bază. Cipurile sunt:

◘ SIMM (Single IN-line Memory Module)◘ DIMM (Dual IN-line Memory Module)◘ RIMM (Rambus IN-line Memory Module)Cipurile SIMM au fost realizate în două variante constructive cu 30 sau 72 pini (conectori)

dispuşi pe o singură parte a plăcii de memorie SIMM. Se deosebesc între ele prin capacitatea de memorie şi timpul de acces.

Cipurile DIMM – 168 pini dispuşi pe amblele părţi ale plăcii de memorie. Se montează sub formă de perechi, formând bancuri de memorie.

Cipurile RIMM realizează trabsferul informaţiilor serial (bit cu bit).

Tipuri constructive de memorie RAMÎn esenţă, memoria RAM cunoaşte două tipuri constructive:

DRAM (Dynamic RAM)

2


SRAM (Static RAM)DRAM este memoria al cărei conţinut se pierde dacă prin circuite de comandă nu se

specifică încărcarea ei cu anumite informaţii. Pentru a remedia această situaţie are loc operaţia de reîmprospătare a memoriei, care presupune citirea continutului anterior al memoriei şi rescrierea acesteia la aceleaşi adrese de memorie. Operaţia se realizează la intervale de milisecunde.

SRAM este memoria care îşi păstrează conţinutul, fără să fie necesară operaţia de reîmprospătare, a unei memorii cu timp de acces foarte redus, de 6-15 ns. E foarte scumpă şi se foloseşte ca suport pentru memoria de capacitate mică (memoria cache).

Evoluţia procesorului

Creşterea frecvemţei plăcii de bază a determinat perfecţionări ale memoriei DRAM. Memoria FPM (Fast Page Mode) este o îmbunătăţire a memoriei DRAM tradiţională,

care permite accesul la o linie de celule pe care o numim pagină. Dacă adresa următoare de memorie se află pe aceeaşi pagină, nu mai e necesară faza de căutare a adresei de linie, fiind necesară doar indicarea valorilor coloanei. În felul acesta, timpul de acces se reduce la 25-30 ns.

Memoria EDO-DRAM (Extended Data Out DRAM) funţionează ca o memorie DRRAM clasică, dar care a adăugat la intrarea fiecărei linii de adresă un circuit care autorizează încărcarea în memorie a unei noi adrese fără să aştepte semnalul de validare al citirii anterioare.

Timpul dintre două lecturi se numeşte ciclu (stare) de aşteptare. În felul acesta ciclul de aşteptare se reduce foarte mult, iar memoria EDO-DRAM, la o rată de transfer egală cu FPM, e cu 30% mai rapidă decât FPM.

Memoria BURST-EDO-DRAM (BEDO-DRAM). Începând cu procesorul 486, firma Intel a adăugat un nou cip de meemorie care realizează operaţiile de citire şi scriere de câte 4 cicluri = BURST. Funcţionează la o frecvenţă a plăcii de bază de 66 MHz, are un ciclu de aşteptare de 0 şi un timp de acces de 52 ns

Memoria SRAM este o memorie DRAM sincronă. Spre deosebire de memoria DRAM acest tip de memorie e destinat afişajului, funcţionează sincron cu procesorul, ceea ce elimină ciclcul de aşteptare. Are un timp de acces de 5-6 ns şi o frecvenţă aplăcii de bază de 100MHz.

Firmele Samsung, NEC, Toshiba au dezvoltat o specificaţie a acestei meorii numite DDR-SDRAM (Double Data Rate) sau SRAM II, care dublează rata de transfer a actualelor memoriei SRAM. Are o rata de transfer de 1.66 GB/s şi o frecvenţă de 133MHz.

Memoria RDRAM (Rambus DRAM) este o memorie care necesită controler special de memorie, fapt pentru care e utilizată la calculator pentru jocuri sau pentru adaptoarele grafice. Are o rata de transfer de 1.6 GB/s.

Intel a dezvoltat o specificaţie a acestei memorii, numită DR-DRAM (Direct Bus DRAM), care e prevăzută să asigure o rată de transfer de 4,6GB/s, un timp de acces mai mic de 5 ns şi o frecvenţă de 133 MHz.

VRAM (Video RAM) – este o memorie destinată plăcii video, funcţionează ca o memorie DRAM , dar cu 2 porturi: unul destinat citirii datelor, care se vor afişa pe ecranul monitorului, sau reîmprospătării imaginilor pe ecran şi un port destinat intrării datelor, date care provin de la procesor sau de la adaptorul grafic. Această memorie îmbunătăţeşte cu 40% performanţele sistemului.

WRAM funcţionează ca o memorie VRAM, dar, folosind caracteristicile memoriei EDO, îmbunătăţeşte performanţele memoriei cu 50%.

SGRAM este o memorie destinată plăcii grafice, este o extensie a memoriei SDRAM şi permite accesul la date atât în blocuri, cât şi în serie.

3


Configurarea memoriei RAM

Din punct de vedere logic, memoria RAM e împărţită în mai multe zone: memoria convenţională memoria superioară memoria extinsă memoria înaltă memoria expandatăMemoria convenţională de bază sau inferioară este memoria utilizator. Primul PC avea un

spaţiu de adresare la memorie de 1 Mb, dar programele se puteau încărca numai în zona de memorie convenţională, care avea o capacitate de 640 KB.

Memoria superioară (UMA = Upper Memory Area) este o zonă de memorie rezervată, cu o capacitate de 384 KB (1024-640), împărţită în 3 zone de câte 128 KB:

Prima zonă – 128 KB rezervaţi pentru memorarea datelor care se vor afişa pe ecranul monitorului. Se mai numeşte şi memoria RAM video

A doua zonă – 128 KB – e destinată memorării programelor BIOS (Basic Input-Output System) (sistemul de bază pentru operaţiile de intrare-ieşire) de pe plăcile adaptoare introduse în conectorii de extensie ai plăcii de bază. Programele BIOS sunt încorporate în cipuri de memorie ROM. Părţi din memoria acestei zone sunt utilizate de plăci adaptoare, cum ar fi plăcile de comunicaţie, plăcile de memorie expandată, controlere de Hard Disk. Volumul memoriei disponibile depinde de numărul plăcilor adaptoare instalate în sistem.

A treia zonă – 128 KB – e destinată memorării programelor BIOS de pe placa de bază. Deoarece programele BIOS sunt memorate în cipuri de memorie ROM =› memoria ROM-BIOS. Programele memoriei în această componentă asigură controlul calculatorului din momentul punerii sub tensiune până în momentul preluării controlului de către sistemul de operare.

Principalele funcţii ale programelor din componenta ROM-BIOS:☺ autotestarea. La pornirea calculatorului, un set de programe, numite POST, testează

placa de bază, memoria, Hard Disk-ul şi tastatura☺ încărcarea sistemului de operare. La pornirea sistemului, un program al acestei

componente, numit încărcător de sistem, asigură controlul sistemului până la preluarea acestuia de către sistemul de operare, caută sistemul de operare pe discul sistem, îl încarcă în memorie şi îi “predă” controlul sistemului de operare

☺ programele BIOS constitzie interfaţa soft pentru toate componentele hard ale sistemului.

Magistralele reprezintă o cale electronică de comunicaţie între componentele procesorului sau între procesor şi memorie sau între procesor şi echipamentele periferice instalate.

Caracteristicile magistralei:

4


lăţimea de bandă a magistralei e de 8, 16, 32, 64 biţi. Cu cât lăţimea de bandă e mai mare, cu atât volumul informaţiilor transferate pe magistrală e mai mare;

frecvenţa de tact a magistralei reprezintă viteza cu care circulă biţii pe magistrală. Se determină ca un multiplu al frecvenţei plăcii de bază sau prin divizarea frecvenţei plăcii de bază;

rata de transfer reprezintă cantitatea de informaţii transferată într-o unitate de timp. Se determină înmulţind lăţimea de bandă a magistralei cu frecvenţa de tact a magistralei.

După modul de amplasare şi rolul pe care îl au în transferul informaţiilor, magistralele pot fi:

☺ interne☺ externe

Magistralele interne fac parte din microprocesor şi asigură comunicarea între elementele componente ale acestuia. Viteza de vehiculare a informaţiilor pe magistralele interne este egală cu frecvenţa procesorului, fiind determinată de impulsurile transmise de ceasul intern.

Magistralele externe asigură transferul informaţiilor între procesor şi memorie sau între Unitatea Centrală de Prelucrare şi perifericele de intrare-ieşire. În consecinţă, magistralele externe sunt: magistrala procesor şi magistrala de intrare-ieşire. Legătura dintre cele două tipuri de magistrale externe e asigurată de un set de chipuri numite chipset.

Magistrala procesor asigură legătura dintre procesor şi memoria principală a sistemului, mai exact între procesor şi memoria RAM şi între procesor şi memoria cache de nivel 2.

Magistrala care face legătura dintre chipset şi memorie se numeşte magistrală de memorie.Din punct de vedere material magistrala procesor se găseşte sub formă de trasee electrice

gravate pe placa de bază.Din punct de vedere al semnificaţiei informaţiilor transmise, magistrala procesor poate fi: magistrală de date – transmite date magistrală de adrese – transmite adrese magistrală de comenzi – transmite semnale de control către perifericele de intrare-ieşireMagistrala de date reprezintă un traseu electronic bidirecţional format din reuniunea a 8,

16, 32, 64, 128 de linii paralele de comunicaţie. Pe magistrala de date circulă date între procesor şi memoria internă, date între procesor şi perifericele de intrare-ieşire, rezultate intermediare de lucru destinate să rămână în memorie, semnale către perifericele de intrare-ieşire.

Magistrala de adrese reprezintă un traseu electronic unidirecţional. Pe ea circulă adresele care ies din procesor către memorie pentru a determina locaţiile din memorie unde sunt stocate instrucţiunile programelor aflate în curs de execuţie sau adresele care activează perifericele de intrare-ieşire. Prin magistrala de adrese procesorul coordonează funcţionarea întregului calculator.

5

PROCESOR

MEMORIE

CHIPSET(CONTROLLER DE MEMORIE)

MAGISTRALA DE INTRARE-IEŞIRE

PROCESORPROCESORPROCESOR

MAGISTRALA PROCESOR

MAGISTRALA PROCESOR


Lăţimea magistralei de adrese determină spaţiul de adresare la memorie. Dacă lăţimea de bandă a magistralei de adrese este de n niţi, atunci spaţiul de adresare la memorie este de 2n.

Magistrala de comenzi reprezintă un traseu bidirecţional. Pe ea circulă semnalele care ies sau intră într-un procesor. Aceste semnale pot fi:

◘ semnale de control, transmise de procesor perifericelor de intrare-ieşire◘ semnale de stare, prin care perifericele comunică procesorului starea acestoraMagistrala de comenzi e formată dintr-un număr mic de linii de comunicaţie; acest lucru e

în favoarea magistralei de adrese.Magistrala de intrare-ieşire = magistrala principală a sistemului = magistrala sistem =

magistrala pe care circulă cele mai mari volume de informaţii.Magistrala de intrare-ieşire asigură transferul informaţiilor între Unitatea Centrală de

Prelucrare şi perifericele de intare-ieşire în ambele direcţii.O dată cu perfecţionarea microprocesoarelor s-a perfecţionat şi arhitectura magistralelor de

intrare-ieşire.

Standarde de arhitectură:► XT-BUS este magistrala pe 8 biţi folosită la primul PC XT. Are o frecvenţă de 4,77

MHz şi o rată de transfer de 1 MB/s.► ISA (Industry Standard Architecture) (AT-BUS) este folosită de microprocesorul

286 pentru PC-ul AT. Această arhitectură s-a dezvoltat pe 16 biţi, rămânând perfect compatibilă cu XT-BUS. Are o frecvenţă a ceasului intern de 8 MHz şi o rată de tranfer de 8 MHz.

► EISA (Enhanced ISA) (ISA îmbunătăţită) e un standard compatibil cu standardul ISA, construit pe 32 biţi, cu o frecvenţă de tact a magistralei de 8,33 MHz şi o rată de transfer de aproximativ 33 MB/s.

► IBM-MCA (IBM Micro Channel Architecture) a fost construită pe 16, 32 biţi, are o frecvenţă maximă de 10 MHz, o rată de transfer de 20, 40 MB/s. Nu e compatibilă cu stanardele precedente.

Apariţia aplicaţiilor informatice multimedia şi a sistemului de operaţie multitasking, cum sunt Windows, Unix, OS/2, au determinat creşterea vitezei de prelucrare şi a volumului de date transferate pe magistrală. Aceste probleme au fost rezolvate de pariţia standardului de magistrală locală.

Principiul de funcţionare a magistralei locale îl constituie asigurarea unei căi de comunicaţie directe între procesor şi periferice. Standardele de magistrală locală sunt:

▬ VL-BUS (Vesa Local BUS) (VLB) este perfect compatibilă cu ISA şi EISA, este construită p 32, 64 biţi, are o frecvenţă maximă de 50 MHz şi o rată de transfer de 160 MB/s, 276 MB/s. Este imcompatibilă cu sistemul Pentium.

▬ PCI conectează între ele un număr foarte mare de periferice diverse, degrevând procesele de realizarea anumitor sarcini. Este construită pe 32, 64 biţi, are o frecvenţă de 33, 66 MHz şi o rată de transfer de 264, 528 Mb/s. Este conectată la magistrala procesor printr-un circuit special destinat acestui scop şi e perfect compatibilă cu sistemul Pentium.

▬ AGP (port adaptor de accelerare) este destinat transferului de mare viteză al datelor video între memorie şi placa video şi cuplează un singur tip de dispozitiv.

INTERFEŢELE SISTEMULUI

6


Legătura între Unitatea Centrală de Prelucrare şi perifericele de intrare-ieşire se asigură prin circuite specializate numite interfaţă. Interfeţele preiau datele de la microprocesor şi le transferă către perifericele de intrare-ieşire, convertindu-le într-un format acceptat de acstea. Invers, preiau datele de la perifericele de intrare şi le transferă către procesor, convertindu-l în formate caracteristice calculatorului.

Denumirea generică de interfaţă poartă denumiri speciale în anumite cazuri: adaptor (pentru a denumi interfaţa procesorului cu monitorul), controller de disk (pentru a defini interfaţa cu unităţile de discuri) sau controller (pentru a defini interfaţa cu anumite componente).

Omunicaţia între procesor şi perifericele de intrare-ieşire poate fi serială sau paralelă.Comunicaţia paralelă se realizează pe un singur fir de comunicaţie, bit după bit, cu un bit

de început şi unul de sfârşit pentru a marca începutul şi sfârşitul transmisiei de date. Are o viteză mică (se măsoară în biţi pe secundă = bps)

Comunicaţia paralelă realizează transferul unui şir de biţi, transmiţând în acelaşi timp biţii pe linii paralele de comunicaţie => viteza de trasmitere a biţilor creşte.

Corespunzătoare celor două tipuri de comunicaţie avem porturi seriale şi porturi paralele, fiecare port reprezentând punctul de conectare între periferic şi interfaţă. Fiecare interfaţă controlează un anumit tip de periferic:

☻ unul sau două porturi seriale (COM 1, COM2) – 1 MB/s☻ unul sau două porturi paralele (PRM 1, PRM 2, LPT1, LPT2) – 12 MB/s☻ un port de mouse☻ un port de tastatură

Calculatoarele mai noi au şi porturi universale de USB (60 MB/s), care pot să cupleze periferice foarte diverse.

Ultimele tehnologii în materie de porturi de comunicaţie reprezintă portul FireWire şi Device Bay; pot realiza transfer de informaţii între 400-800 MB.

Există comunicaţia prin raze infraroşii utilizate de anumite calculatoare, care se realizează printr-un port numit IrDA.

Dispozitive periferice de intrare

1. Tastatura

Cel mai utilizat dispozitiv periferic de intrare este tastatura, care asigura introducerea informatiilor in memoria calculatorului.Cel mai intalnit standard de tastatura este QWERTY.Tastatura are cinci grupe de taste, corespunzatoare cu urmatoarele zone : -taste functionale-taste alfanumerice-taste speciale-taste numerice-taste de deplasare

2. Mouse-ul

Denumirea provine de la similitudinea ce exista intre acest dispozitiv si un soarece,atat din punct de vedere al formei,cat si al miscarilor efectuate de acesta.De obicei mouse-ul are doua sau trei butoane folosite pentru transmiterea de comenzi si date de intrare catre calculator.Poate fi utilizat pentru selectarea textului in cadrul editoarelor de text,alegerea si selectarea unei optiuni dintr-un meniu , deplasarea rapida pe ecran si pentru realizarea tehnicilor speciale care, in alte conditii , ar

7


necesita un timp mult mai mare de lucru (ca de exemplu tragere-si-copiere , tragere-si-duplicare etc.)

3. Trackball-ul

Este un dispozitiv asemanator mouse-ului.Foarte multi utilizatori il prefera in locul mouse-ului,datorita faptului ca,prin pozitia fixa pe care o are,ocupa mai putin spatiu si,cu ajutorul bilei,permite o mai mare libertate de miscare a cursorului pe ecran.

4. Joystick-ul

Este un dispozitiv asociat de obicei jocurilor.Este ergonomic,special proiectat pentru a oferi comoditate in manevrarea sa cu ajutorul mainii.Datorita tehnologiei avansate utilizate la fabricarea sa,permite miscari compuse.

5. Creionul optic

Este un dispozitiv asemanator unui creion,avand in varf un senzor optic.Ofera posibilitarea desenarii si scrierii direct in calculator prin intermediul unor monitoare speciale .

6. Scanner-ul

Este un dispozitiv ce permite transformarea imaginilor sub forma de date recunoscute de calculator.Scanner-ele moderne au capacitatea de a recunoaste textul in cu ajutorul unor programe tip OCR (Optical Character Recognition),care convertesc imaginea scanata in siruri de caractere ce pot fi prelucrate ulterior cu ajutorul editoarelor de text.

Dispozitive periferice de iesire

7. Monitorul

Este dispozitivul care permite vizualizarea rapida a rezultatelor executarii unei explicatii.Principalele caracteristici ale unui monitor sunt : claritatea imagini , numarul de culori permis pentru afisare si nivelul de radiatii.Imaginea este formata din puncte individuale numite pixeli.Calitatea imginii este data in principal de rezolutie,care reprezinta numarul de pixeli ai ecranului.

8. Imprimanta

Este dispozitivul care afiseaza informatiile din calculator pe suport de hartie.Principalele caracteristici ale unei imprimante sunt viteza de tiparire (in pagini pe minut) si rezolutia.

Tipuri de imprimante : Cu jet de cerneala Laser Termice Matriceale

8


9. Plotter-ul

Este un dispozitiv asemanator cu imprimanta,dar de dimensiuni mult mai mari.Este folosit pentru tiparirea graficelor si a schitelor din domenii cum ar fi ingineria,arhitectura,proiectarea etc.

Sistemele de calcul pot fi : monoprocesor si multiprocesor.Sistemul de calcul monoprocesor presupun existentza unui singur processor si executarea la un moment dat a unei singure instructiuni.Sistemul de calcul multiprocesor presupun existenta a 2 sau mai multe procesoare , ceea ce permite executia la un moment dat a mai multor instructiuni, procesarea poate fi simetrica/asimetrica in cadrul sistemelor multiprocesoare. Procesarea simetrica presupune existentza unor procesoare cu statut egal Procesarea asimetrica presupune existenta unui processor master cu rol in procesarea si corelarea celorlalte procesoare sau existentza mai multor procesoare care permit executia independenta a unor module ale aceluiasi program. In cazul multiprocesarii se poate face o clasificare in functie de tipul de procesoare folosite:

1 sisteme cu procesor master si procesoare slade specializate pe tipuri de operatii.2 sisteme cu procesoare independente cu sarcini de calcul proprii.1) Sisteme de tip Pipeline – presupune descompunerea in micro-inctructiuni si executarea

acestora pe diferite directii. 2) Sisteme de tip vectorial – presupun existenta unui vector de operatii carese executa asupra

aceluiasi flux de date.

3) Sisteme de tip masiv – presupun existenta unei UCC si a mai multor unitati aritmetice si logice UAL – acest lucru permite executarea paralela a mai multor microinstructiuni/executarea in paralela aceleiasi operatii asupra mai multor date.

4) Sisteme cu procesoare paralele – procesoarele executa secvente diferite apartinand aceluiasi program.

MICROPROCESORU sau PROCESORU – elementul de baza al unui microcalculator..un set de circuite integrate intr-o pastila de siliciu. - indeplineste rolul de prelucrare automata a datelor/decodificarea instructiunilor si executia acestora si rolul de coordonare a functionarii intregului sistem - un circuit integrat care contine UCC si UAL.UCC – prelucreaza instructiunile programelor care ruleaza furnizand semnale de comanda pentru functionarea unitatilor su dirijand schimburile de informatii din calc. Elemente componente :a) contorul ordinal – localizeaza un program aflat in memorie furnizand adresa de memorie

pentru instructiunea in curs de executie si pentru urmatoarea instructiune de executare. Contine 4 registri de segment si un pointer de instructiune.

Registri de segment :

9


1 Registru de segment de cod care indica pozitia unui program in memorie.2 Registru de segment de date care localizeaza datele fol de programul in executie.3 Registru extra segment care suplimenteaza registru de segment de date.4 Registru de segment de stiva care localizeaza stiva procesorului

Registru de instructiune – are rolul de a stoca instructiunea in curs de executie.b) decodorul de functiune – recunoaste functia definita de instructiunea care va fi executata. –

deosebeste tipuri de operatiuni elementare care semnificacitirea, scrierea , transerul, afisarea , tiparirea , saltul la o noua adresaetc.

2 contine un set de indicatori de conditie stocati in registri de conditie care permit semnalarea si configurarea starii calculatorului.

1. indicatori- pt a caracteriza rez operatiilor aritmetice pt control ( ciclice)

2. indicatori speciali.c) Ceasul intern = circuit cu cuartz care distribuie regulat impulsuri pentru sincronizarea

operatiunilor elementare ce se deruleaza in timpul executiei unei instructiuni.d) Circuitele de comanda = permit efectuarea unei anumite actiuni asupra unitatilor

comandate dup ace s-au format diferitele comenzi corespondente operatiunilor elementare.UAL – are rolul de a prelucra informatia prin calcule matematice si operatii logice. - contine dispozitive de lucru si dispozitive de stocaj intermediar.1) Dispozitive de lucru – contin registri aritmetici si registri logici.3 Registri aritmetici – au rolul de a prelucra informatia prin op de calcul aritmetice si op

simple, cum ar fi mutarea datelor.4 Registri logici – au rolul de a prelucra informatia prin teste,ramificari ale executiei si

iteratii.2) Dispozitive de stocaj intermediar contin registri si memorii specializate de capacitate limitata pt inregistrarea la fiecare operatie a operatiilor si a rezultatelor intermediare. CARACTERISTI : a) viteza de lucru b) cap max de memorie pe care o poate accesa c)setul de instructiuni pe care le poate executa.Arhitecturi de microprocesoare d.p.d.v al modului in care sunt tratate instructiuni in cod masina se deosebesc (arhitecturi CISC si arhitecturi RISC)Arhitecturi de tip CISC – implementeaza in decodorul de functii din UCC peste 400 de instructiuni.Instructiunile se descompun in elementare sau microinstructiuni care se vor executa. O instructiune complexa se poate executa in 1 sau mai multe cicluri de baza. Cu cat sunt mai multe instructiuni implementate cu atat microprocesorul va fi mai lent.Aceasta arhitectura e fol pe majoritatea PC-urilor.Arhitectura de tip risc- implementeaza in decodorul de functii din UCC un set redus de instructiuni. Aceste instructiuni sunt in nr minim, au o lungime fixa, o codificare intensa si sunt des utilizate Arhitectura presupune optimizarea fiecarei functii pentru cea mai rapida executie, totodata permite prelucrarea paralele a mai multor aplicatii.Arhitectura risc e mai rapida cu peste 50 % decat arhitectura CISC.Tipuri de arhitecturi RISC :5 power PC6 sparc7 alfaArhitectura Power PC – este o arhitectura de tip RISC.

10


-UCC-ul contine 2 unitati de decodare , 1 unitate pt instructiuni si 1 unitate pt date- UAL-ul contine 3 unitati, 1 pt calcul in virgula fixa, a 2-a pt calcul in virgula mobila si a 3-a in virgula de decizie.- magistrala de date e pe 64biti.-arhitectura e super scalara permitand executia mai multor instructiuni pe tact- memoria cache are o zona pt date si o zona pt instructiuni.-arhitectura permite stabilirea anticipata a adreselor de salt pt instructiunile conditionale prin analiza sirului de asteptare al comenzilor.Functia previzionala de decizie statistica anticipeaza desfasurarea programului dupa instructiunea de salt.Intre arhitecturile de tip CISC si de tip RISC exista 2 dif majore :

a) la nivel hardware , prin tehnologiile folositeb) la nivel software, prin setul de instructiuni si sistemele de operare utilizate.

Curs 9 Windowssistem de programe si comenzi conceput si dezvoltat de un mediu de interfara grafica care permite configurarea calculatorului in functie de resursele softwear si hardwear. WINDOWS1.0-apare in 1985/aspect grafic neprietenos/mecanism de gestionare a memoriei neperformant/se foloseste pe echipament de calcul cu procesor extern.WINDOWS 2.0-apare in 1987/se instaleaza pe procesor 8086/capacitate redusa de memorare/mod de lucru real WINDOWS2.86-apare in 1987/multitasking primitiv/permite gestionarea memoriei\ WINDOWS3.86-apare in 1988/multitasking cooperant\WINDOWS3.0-apare in 1990/utilizeaza pictograma pe scara larga/multitasking cooperativ/instabilitatea sistemului/interfata grafica superioara/apar facilitatile(file manage,print manager)WINDOWS 3.1-apare in 1991/interfata imbunatatita,apar elemente de 3D,utilizeaza tehnologia OLE,file manager imbunatatit/memorie virtuala/gestionarea superioara a driverilor/creste siguranta sistemului.\parWINDOWS 3.11-apare in 1993/este versiunea lui win3.1 doar ca se utilizeaza pe retele de tip pear to pear/are facilitati de interfata si de mail.WINDOWS95-APARE IN 1995/multitasking controlat/permite rularea aplicatiilor de 32 biti/are sistem de operare propriu/interfata imbunatati,api/se respecta standardut plug and play.WINDOWS98-apare in 1998/versiune imbunatatia si mai stabila/elemente de interfata agp si port usb/permite conectarea mai multor calc la aceeasi sursa de internet prin internet connections and sharingWINDOWS2000-combina utilitatea lui 98 cu stabilitatea si siguranta lui windows NT/prezinta mai multe procesoare,avand ca rezultat imbunatatirea timpului de raspuns/accepta sisteme de fisiere de fip fat si ntfs/a introdus un utilitar pt defragmentarea discului care asigura o gestiune superioara.WINDOWS XP-integreaza elementele caracteristice ale lui win2000(securitate,administrare,fiabilitatea)/integreaza elementele win98(interfarat grafica facila,standardul plug and play,servicii de suport)/imprementarea si integrarea facila/securitatea e la niver bussines ceea ce presupune o securitate ridicata pt fisiere cu informatii sau a activitatii pe internet.WINDOWS NT-apare in 1992/facilitati avansate de gestionare si pt lucru in retea/ruleaza in mod exclusiv protejat/poate accesa pana la 4 giga.

11


COMPONENTE WINDOWS;NUCLEU,USER SI GDINUCLEU=indeplineste sarcinile elementare/incarcare programelor/gestionarea memoriei/gestionarea time sharingului/nu indeplineste functia de intrare-iesire si nici interfata cu utilizatorul\parUSER=ferestre de comanda si administratie.casete de dialog/asigura comunicarea dintre ferestre/gestionare resurselor aplicatiilor din ram/controlul cursorului si al iconurilor/incarca driverele perifericelor.\parGDI=asigura afisarea pe diverse suporturi de iesire\par Comunicarea inrte aplicatii\par TEHNOLOGIA CLICKBOARD-permite gestionarea unei zone din memoria interna utilizand clickboard viewer.TEHNOLOGIA OLE=set de servicii care pune la dispozitia utilizatorului posibilitatea de a creea documente complexe(text,sunet,animatii)/contine set de protocoale,de comunicatii intre aplicatii

Curs 6 memeoria ram

Memoria ram e memoria vie a sistemului, al cărei conţinut poate fi citit şi scris (şters şi modificat de utilizator).E o memorie cu acces direct realizată din circuite semiconductoare integrate pe pastile de siliciu conform tehnologiei MOS (Metal Oxyd Semiconductor).Citirea sau scrierea datelor din / în orice celulă de memorie se realizează în acces direct.Din punct de vedere al amplasării, cipurile de memorie RAM se găsesc pe placa de bază, la început lipite direct pe placa de bază, astăzi sunt introduse în conectorii de extensie ai plăcii de bază. Cipurile sunt:SIMM (Single IN-line Memory Module),DIMM (Dual IN-line Memory Module),RIMM (Rambus IN-line Memory Module).Cipurile SIMM au fost realizate în două variante constructive cu 30 sau 72 pini (conectori) dispuşi pe o singură parte a plăcii de memorie SIMM. Se deosebesc între ele prin capacitatea de memorie şi timpul de acces. Cipurile DIMM – 168 pini dispuşi pe amblele părţi ale plăcii de memorie. Se montează sub formă de perechi, formând bancuri de memorie.Cipurile RIMM realizează trabsferul informaţiilor serial (bit cu bit).În esenţă, memoria RAM cunoaşte două tipuri constructive:DRAM (Dynamic RAM),SRAM (Static RAM).Dram este memoria al cărei conţinut se pierde dacă prin circuite de comandă nu se specifică încărcarea ei cu anumite informaţii. Pentru a remedia această situaţie are loc operaţia de reîmprospătare a memoriei, care presupune citirea continutului anterior al memoriei şi rescrierea acesteia la aceleaşi adrese de memorie. Operaţia se realizează la intervale de milisecunde.Sram este memoria care îşi păstrează conţinutul, fără să fie necesară operaţia de reîmprospătare, a unei memorii cu timp de acces foarte redus, de 6-15 ns. E foarte scumpă şi se foloseşte ca suport pentru memoria de capacitate mică (memoria cache).Din punct de vedere logic, memoria RAM e împărţită în mai multe zone:memoria convenţională,memoria superioară,memoria extinsă,memoria înaltă,memoria expandată.Memoria convenţională de bază sau inferioară este memoria utilizator. Primul PC avea un spaţiu de adresare la memorie de 1 Mb, dar programele se puteau încărca numai în zona de memorie convenţională, care avea o capacitate de 640 KB.Memoria superioară (UMA = Upper Memory Area) este o zonă de memorie rezervată, cu o capacitate de 384 KB (1024-640), împărţită în 3 zone de câte 128 KB:Prima zonă – 128 KB rezervaţi pentru memorarea datelor care se vor afişa pe ecranul monitorului. Se mai numeşte şi memoria RAM video.A doua zonă – 128 KB – e destinată memorării programelor BIOS (Basic Input-Output System) (sistemul de bază pentru operaţiile de intrare-ieşire) de pe plăcile adaptoare introduse în conectorii de extensie ai plăcii de bază. Programele BIOS sunt

12


încorporate în cipuri de memorie ROM. Părţi din memoria acestei zone sunt utilizate de plăci adaptoare, cum ar fi plăcile de comunicaţie, plăcile de memorie expandată, controlere de Hard Disk. Volumul memoriei disponibile depinde de numărul plăcilor adaptoare instalate în sistem.A treia zonă – 128 KB – e destinată memorării programelor BIOS de pe placa de bază. Deoarece programele BIOS sunt memorate în cipuri de memorie ROM =› memoria ROM-BIOS. Programele memoriei în această componentă asigură controlul calculatorului din momentul punerii sub tensiune până în momentul preluării controlului de către sistemul de operare.Principalele functi ale programelor din componenta ROM-BIOS:autotestarea. La pornirea calculatorului, un set de programe, numite POST, testează placa de bază, memoria, Hard Disk-ul şi tastatura.///Incărcarea sistemului de operare. La pornirea sistemului, un program al acestei componente, numit încărcător de sistem, asigură controlul sistemului până la preluarea acestuia de către sistemul de operare, caută sistemul de operare pe discul sistem, îl încarcă în memorie şi îi “predă” controlul sistemului de operare.Programele BIOS constitzie interfaţa soft pentru toate componentele hard ale sistemului.

Magistralele de comunicati:. reprezintă o cale electronică de comunicaţie între componentele procesorului sau între procesor şi memorie sau între procesor şi echipamentele periferice instalate.Caracteristici:lăţimea de bandă a magistralei e de 8, 16, 32, 64 biţi. Cu cât lăţimea de bandă e mai mare, cu atât volumul informaţiilor transferate pe magistrală e mai mare;frecvenţa de tact a magistralei reprezintă viteza cu care circulă biţii pe magistrală. Se determină ca un multiplu al frecvenţei plăcii de bază sau prin divizarea frecvenţei plăcii de bază;rata de transfer reprezintă cantitatea de informaţii transferată într-o unitate de timp. Se determină înmulţind lăţimea de bandă a magistralei cu frecvenţa de tact a magistralei.După modul de amplasare şi rolul pe care îl au în transferul informaţiilor, magistralele pot fi:interne sau externe.Cele interne fac parte din microprocesor şi asigură comunicarea între elementele componente ale acestuia. Viteza de vehiculare a informaţiilor pe magistralele interne este egală cu frecvenţa procesorului, fiind determinată de impulsurile transmise de ceasul intern.Cele externe asigură transferul informaţiilor între procesor şi memorie sau între Unitatea Centrală de Prelucrare şi perifericele de intrare-ieşire. În consecinţă, magistralele externe sunt: magistrala procesor şi magistrala de intrare-ieşire. Legătura dintre cele două tipuri de magistrale externe e asigurată de un set de chipuri numite chipset.Magistrala procesor asigură legătura dintre procesor şi memoria principală a sistemului, mai exact între procesor şi memoria RAM şi între procesor şi memoria cache de nivel 2.Magistrala care face legătura dintre chipset şi memorie se numeşte magistrală de memorie.Din punct de vedere material magistrala procesor se găseşte sub formă de trasee electrice gravate pe placa de bază.Din punct de vedere al semnificaţiei informaţiilor transmise, magistrala procesor poate fi:magistrală de date – transmite date;magistrală de adrese – transmite adrese;magistrală de comenzi – transmite semnale de control către perifericele de intrare-ieşire.Magistrala de date reprezintă un traseu electronic bidirecţional format din reuniunea a 8, 16, 32, 64, 128 de linii paralele de comunicaţie. Pe magistrala de date circulă date între procesor şi memoria internă, date între procesor şi perifericele de intrare-ieşire, rezultate intermediare de lucru destinate să rămână în memorie, semnale către perifericele de intrare-ieşire.Magistrala de adrese reprezintă un traseu electronic unidirecţional. Pe ea circulă adresele care ies din procesor către memorie pentru a determina locaţiile din memorie unde sunt stocate instrucţiunile programelor aflate în curs de execuţie sau adresele care activează perifericele de intrare-ieşire. Prin magistrala de adrese procesorul coordonează funcţionarea întregului calculator. Lăţimea magistralei de adrese determină spaţiul de adresare la memorie. Dacă lăţimea de bandă a magistralei de adrese este de n niţi, atunci spaţiul de adresare la memorie este de 2n.Magistrala de

13


comenzi reprezintă un traseu bidirecţional. Pe ea circulă semnalele care ies sau intră într-un procesor. Aceste semnale pot fi: semnale de control, transmise de procesor perifericelor de intrare-ieşire;semnale de stare, prin care perifericele comunică procesorului starea acestora.Magistrala de comenzi e formată dintr-un număr mic de linii de comunicaţie; acest lucru e în favoarea magistralei de adrese.Magistrala de intrare-ieşire = magistrala principală a sistemului = magistrala sistem = magistrala pe care circulă cele mai mari volume de informaţii. Magistrala de intrare-ieşire asigură transferul informaţiilor între Unitatea Centrală de Prelucrare şi perifericele de intare-ieşire în ambele direcţii.O dată cu perfecţionarea microprocesoarelor s-a perfecţionat şi arhitectura magistralelor de intrare-ieşire.

3.1 Structura şi arhitectura sistemului UNIX

Sistemul de operare UNIX este un sistem multitasking ş i multiuser destinat pentru diverse tipuri de calculatoare (microcalculatoare, minicalculatoare, supercalculatoare) şi pentru reţele puternice de calculatoare, fiind cel mai vechi sistem de operare ce a rezistat şi s-a impus până azi. La ora actuală sistemul UNIX este singurul sistem de operare care funcţionează simultan pe microcalculatoare şi supercalculatoare. Este practic singurul sistem de operare pentru minicalculatoare şi staţii de lucru. Este sistemul de operare care a stat la baza conceperii şi elaborarii altor sisteme de operare performante, cel mai recent exemplu fiind sistemul de operare Linux -primul sistem de operare free software (elaborat în 1992). Sistemul Unix este primul sistem care a inclus clasa de protocoale (set standard de servicii pentru transmiterea de informaţii între calculatoare) TCP/IP ( Transmission Control Protocol / Internet Protocol) utilizată astăzi de cea mai mare reţea de calculatoare la nivel mondial: sistemul Internet, cu milioane de abonaţi pe toate continentele. Unii utilizatori ai sistemului Internet trebuie să fie familiarizaţi cu filosofia şi comenzile sistemului UNIX, deoarece multe servicii oferite utilizatorilor vor fi mai eficiente dacă sunt cunoscute unele comenzi UNIX. În prezent există mai multe implementări (variante) ale sistemului UNIX:

System V (licenţă Unix Support Group-AT&T); Solaris (licenţă Sun Microsystems); AIX (licenţă IBM, pentru calculatoare RISC RS-6000); ULTRIX , OSF ( produs de firma DEC-Digital); HP-UX ( produs de firma Hewlett-Packard); Linux (free software-Linus Torvalds; Finlanda ).

Sistemul UNIX lucrează în time-sharing fiind constituit dintr-un nucleu (Kernel) şi un număr foarte mare de utilitare accesibile prin intermediul interpretorului de comenzi Shell ce reprezintă interfaţa dintre sistemul de operare şi utilizator:

14


Nucleul (Kernel) este un intermediar între interfaţa furnizată de apelurile sistem şi echipamentele fizice din sistemul de calcul. Nucleul UNIX este partea rezidentă a sistemului de operare care asigură funcţii de supervizare şi gestiune a resurselor sistemului de calcul (memorie internă, dispozitive I/O):

organizarea şi gestiunea memoriei; organizarea şi gestiunea fişierelor; execuţia şi gestiunea proceselor; planificarea unităţii centrale (UC) între procese; controlul şi gestiunea perifericelor; protecţia datelor şi programelor.

Eleganţa interfeţelor sistemului UNIX şi calitatea remarcabilă a abstracţiilor pe care le oferă utilizatorilor, au influenţat şi vor continua să influenţeze profund arhitectura sistemelor de calcul. De asemenea, în ultima perioadă s-au adus noi facilităţi pentru a lucra cu un număr mare de microprocesoare şi pentru a realiza integrarea completă a aplicaţiilor Windows NT şi Novell Netware. Sistemele UNIX comerciale sunt încă realizări impresionante, care oferă funcţionalităţi superioare sistemelor Linux şi Windows NT.

Sistemul de operare UNIX este constituit din:

Nucleu (Kernel) - partea rezidentă; Shell - interpretor de comenzi; Utilitare - servicii accesibile prin intermediul interpretorului de comenzi.

Interfaţa utilitarelor şi a aplicaţiilor utilizatorilor cu nucleul, se face prin intermediul unui ansamblu de funcţii de sistem. Utilizatorul are trei nivele de acces la aceste funcţii :

prin utilitare ( nivel extranucleu); prin funcţii de bibliotecă standard a limbajului C/C++ (nivel intermediar); prin directive sistem (nivel inferior).

Structura sistemului UNIX

15


Din figură se poate observa că nucleul este intermediarul între interfaţa furnizată de apelurile de sistem şi echipamentele fizice. Nucleul realizează gestiunea fişierelor şi memoriei, planificarea unităţii centrale între procese. Apelurile sistem definesc interfaţa cu programatorul. Apelurile sistem pot fi grupate în trei categorii:

pentru prelucrarea fişierelor şi perifericelor; pentru controlul execuţiei proceselor; pentru prelucrarea informaţiei.

Versiunile actuale de UNIX oferă pentru utilizator atât interfeţe de tip linie de comandă, desemnată prin Shell -cele mai utilizate fiind sh (Bourne Shell, după numele creatorului S.R. Bourne), ksh (Korn Shell), csh (C Shell)-, cât şi interfeţe grafice moderne (GUI-Graphical User Interface).

16


Nucleul (Kernel) UNIX este constituit din două componente principale:

sistemul de gestiune a fişierelor; sistemul de gestiune a proceselor.

Funcţiile generale ale sistemului de gestiune a fişierelor sunt:

operatii cu fişiere (creare, citire, scriere, copiere, ştergere, concatenare,etc.); alocare de spaţiu dinamic pentru fişiere pe HD sau FD; accesul la fişiere; administrarea spaţiului liber pe HD sau FD; schimbarea structurii sistemului de fişiere.

17


Funcţiile generale ale sistemului de gestiune a proceselor sunt: trecerea proceselor prin diverse stări (creare, aşteptare, execuţie, terminare); planificarea proceselor pentru a avea acces la procesor; comunicarea între procese; sincronizarea proceselor.

18

Documents

bazele tehnologiei informatiei