Tehnologii Informationale pentru Administratie Publica

CAPITOLUL 2

SISTEME ELECTRONICE DE CALCUL.

ELEMENTE FUNDAMENTALE ÎN STRUCTURA TIC

Pentru ca utilizatorul final să-şi realizeze aplicaţiile dorite, folosind un software adecvat, el trebuie să cunoască şi resursele fizice ale sistemului de calcul de care dispune. În felul acesta exploatarea tuturor componentelor sistemului de calcul va fi realizată la parametri optimi de eficienţă.

2.1 Structura funcţională a unui sistem de calcul
Un sistem electronic de calcul (SEC) reprezintă un ansamblu de echipamente - hardware^* care, împreună cu un sistem de programe - software^**, realizează prelucrarea automată a datelor. Aceste componente trebuie să fie, prin concepţie, bine armonizate pentru ca ele să funcţioneze la parametrii proiectaţi sau doriţi de utilizator. Faptul că „inteligenţa” sistemului de calcul rezidă majoritar în software, nu poate diminua rolul hardware-ului.
2.1.1 Resursele hardware
Elementele ce compun hardware-ul unui sistem electronic de calcul (figura 2.1), privite din punctul de vedere al rolului lor în procesul prelucrării datelor şi al modului în care acestea comunică între ele, sunt individualizate şi grupate în: unitatea centrală, echipamentele periferice, unităţile de interfaţă şi liniile de comunicaţie (canale de intrare /ieşire).

2.1.1.1 Unitatea centrală

Unitatea centrală este componenta de bază a oricărui calculator şi este alcătuită din¹ (figura 2.2): unitatea aritmetică şi logică; unitatea de comandă şi control şi memoria internă.

Unitatea aritmetică şi logică (UAL) are rolul de a efectua operaţiunile aritmetice şi logice în conformitate cu comenzile primite şi este alcătuită din:

- dispozitive de lucru;

- dispozitive de stocare intermediară.

Dispozitivele de lucru, din punct de vedere fizic /material, sunt circuite care combină impulsurile electrice şi reprezintă sub formă binară datele şi informaţiile. Ele realizează operaţiile aritmetice şi logice de bază (adunare, scădere, reuniune, intersecţie etc.).

Dispozitivele de stocare intermediară sunt registre de memorie specializate, cu capacitate limitată şi permit înregistrarea operanzilor şi a rezultatelor aferente fiecărei operaţii. Principalele registre, privite după funcţia pe care o îndeplinesc sunt: registrul de stare (indică starea UAL la sfârşitul fiecărei operaţii), registrul de deplasare, registrul de complementare, registrul sumator şi pentru operaţii binare.

Figura 2.1 Structura funcţională a unui SEC

PROGRAME

MEMORIE PRINCIPALĂ

DATE

REZULATATE


UNITATEA DE COMANDĂ ŞI CONTROL (UCC)
instrucţiuni

comenzi

comenzi

comenzi

UNITATEA ARITMETICĂ ŞI LOGICĂ (UAL)

date
rezultate

Figura 2.2 Arhitectura unităţii centrale

Unitatea de comandă şi control (UCC) tratează o singură categorie de informaţii – instrucţiunile. În acelaşi timp, însă, ea lansează toate semnalele /comenzile care vor comanda funcţionarea întregului sistem, inclusiv schimbul de date şi informaţii din cadrul acestuia.

Unitatea de comandă şi control se compune din următoarele elemente:

• 
  un registru de instrucţiuni în care se păstrează, pe durata execuţiei, instrucţiunea extrasă din memorie;
  
• 
  un contor care păstrează adresa instrucţiunii citite din memorie şi eventual adresa instrucţiunii următoare;
  
• 
  un decodor de funcţii care recunoaşte funcţia definită de instrucţiunea de executat;
  
• 
  un orologiu care distribuie ritmic impulsuri de sincronizare a diferitelor operaţiuni elementare pe timpul executării unei instrucţiuni;
  
• 
  circuite de comandă care influenţează dispozitivele comandate, după ce au fost stabilite comenzile corespunzătoare operaţiunilor elementare.
  

Prin construcţie UCC este capabilă să interpreteze şi să execute un anumit număr de instrucţiuni care constituie setul de instrucţiuni al calculatorului.

Memoria internă /principală (main memory) este un dispozitiv capabil să înregistreze informaţiile şi să le restituie unităţii aritmetice şi logice, sub formă de impulsuri electrice, executând ordinele primite de la unitatea de comandă şi control. Calculatoarele pot manipula numai datele care se află în memoria principală.

Parametrii care caracterizează memoria principală sunt: lungimea cuvântului, modul de organizare şi adresare, capacitatea totală, timpul de acces, ciclul de memorie şi costul.

Lungimea cuvântului este unitatea elementară pentru memorarea şi accesarea instrucţiunilor, operanzilor numerici şi adreselor. Acest parametru, în funcţie de tipul calculatorului, poate fi de 8, 16, 32, 64 biţi. Cuvintele conţin informaţii referitoare la:

- adrese şi date care sunt simple numere binare şi care exprimă o locaţie de memorie, respectiv un număr (operand) care trebuie prelucrat, sau rezultatul unei prelucrări;

- instrucţiuni care reprezintă coduri numerice ale operaţiunilor ce trebuie efectuate de procesor. O instrucţiune poate furniza simultan mai multe informaţii (cod operaţie, cod operand etc.).

Modul de organizare şi de adresare a memoriei. Memoria internă este structurată pe celule binare, locaţii, zone, partiţii, în funcţie de caracteristicile tehnice ale acesteia. Bit-ul este unitatea de prezentare a informaţiei în memorie (cu valoare 0 sau 1). Celula binară, reprezintă circuitul electronic capabil să memoreze informaţii de un bit. Octetul (byte-ul) reprezintă o succesiune de 8 biţi care pot fi adresaţi individual în funcţie de adresa fiecăruia.

Memoria internă este organizată în părţi de dimensiuni egale, numite locaţii de memorie. O locaţie de memorie are o adresă unică, iar conţinutul său poate fi scris sau citit într-un singur ciclu de memorie. Aceasta înseamnă că memoria principală este adresabilă, accesul la informaţii fiind selectiv /direct. Locaţiile de memorie sunt numerotate crescător, pornind de la 0 până la limita superioară. Aceste “etichete” se numesc adrese de memorie.

În mod obişnuit, memoria internă este privită ca o succesiune de locaţii cu dimensiunea de 1 octet, conţinutul locaţiei fiind tratat ca o entitate de informaţie. O succesiune de mai multe locaţii, formează o zonă de memorie. Locaţia de memorie, care desemnează o informaţie de 1 octet, nu trebuie confundată cu noţiunea de cuvânt de memorie. Dimensiunea cuvântului de memorie este în strânsă legătură cu elementele constructive ale calculatorului şi reprezintă unitatea elementară pentru memorarea şi accesarea instrucţiunilor, operanzilor şi adreselor.

Capacitatea totală indică volumul de informaţii ce poate fi stocat şi determină câte programe pot fi executate şi câte date pot fi disponibile, la un moment dat.

Timpul de acces este intervalul dintre momentul în care s-a emis o cerere de acces pentru scriere sau citire şi momentul de începere a operaţiunii respective. Acest parametru se exprimă în microsecunde sau nanosecunde^*, valorile fiind cuprinse între 7 şi 700 ns.

Ciclul de memorie este intervalul de timp în care se realizează scrierea /citirea unei unităţi de informaţie în /din memorie. Parametrul poate fi definit şi ca intervalul de timp între două operaţii succesive de scriere sau citire şi se exprimă în microsecunde sau nanosecunde.

Costul este un parametru economic, de ordin general şi depinde direct de tehnologia utilizată pentru realizarea memoriei.

Din punctul de vedere al accesului şi al modului de funcţionare, memoria internă este alcătuită din două componente:

- memoria ROM;

- memoria RAM.

Memoriile ROM (Read Only Memory) sunt circuite al căror conţinut este programat la fabricare şi nu poate fi schimbat de utilizator. Ele sunt folosite doar pentru citirea informaţiei înscrise, informaţia fiind rezidentă permanent în cadrul sistemului. În mod uzual, în modulele ROM sunt stocate comenzi de iniţializare şi pornire a anumitor componente ale sistemului de electronic de calcul.

Memoriile ROM au evoluat în timp, prin folosirea tehnicilor speciale de ştergere selectivă şi reprogramare. Astfel, au apărut:

• 
  memoriile PROM (Programmable ROM ) care permit înscrierea o singură dată a unor noi programe; aceste memorii sunt chip-uri vide pe care datele pot fi scrise cu un dispozitiv special numit programator de PROM (PROM programmer);
  
• 
  memoriile EPROM (Erasable PROM) care pot fi şterse prin expunere la o lumină ultravioletă şi reprogramate de către utilizator. Ştergerea nu poate fi selectivă şi, în plus, necesită un dispozitiv special de scriere şi ştergere numit PROM programmer /PROM burner (programator PROM);
  
• 
  memoriile EEPROM (Electricaly Erasable PROM ) pot fi citite şi şterse prin expunere la o încărcare electrică şi apoi reprogramate de mai multe ori de către utilizator;
  
• 
  memoriile EEPROM flash reprezintă memorii EEPROM speciale care pot fi rescrise în timp ce se află în calculator, fără a fi necesar cititorul de PROM (PROM reader).
  

Memoriile RAM (Random Access Memory) sunt memorii de lucru, accesibile utilizatorului, disponibile pentru scrierea şi citirea repetată a datelor şi programelor.

Memoria RAM este volatilă, conţinutul ei pierzându-se la întreruperea alimentării cu energie electrică. Memoriile RAM pot fi statice (SRAM), sau dinamice (DRAM).

Memoriile SRAM sunt şi ele de două tipuri: memorii bipolare şi memorii MOS statice.

Memoriile RAM bipolare, realizate cu tranzistoare bipolare, permit citirea şi scrierea informaţiilor în memorie. În general, aceste memorii sunt mai rapide decât memoriile MOS (Metal Oxid Semiconductor) statice, dar consumă o putere mai mare. Sunt utile în cazul în care se urmăreşte o viteză de lucru mai mare. Memoriile MOS statice realizate cu tranzistoare MOS, sunt folosite în cazul în care se doreşte obţinerea unei capacităţi mari de memorie.

La memoriile DRAM, realizate cu tranzistoare MOS, funcţionarea se bazează pe înmagazinarea, în timp finit, a unei sarcini electrice pe un condensator. Această sarcină se descarcă în timp, fiind necesară reîncărcarea cel puţin odată la două milisecunde. Aceste memorii sunt utilizate la reîmprospătarea afişajelor alfa-numerice sau grafice pe monitoare.

2.1.1.2. Dispozitivele periferice
Dispozitivele periferice, conectate la CPU asigură interfaţa cu utilizatorul realizând, în principal, introducerea datelor, respectiv extragerea rezultatelor. Ţinând seama de aceste funcţii, echipamentele periferice şi suporturile asociate acestora se pot grupa astfel:

• 
  echipamente periferice de intrare;
  

• 
  echipamente periferice de ieşire;
  
• 
  echipamente periferice de intrare-ieşire;
  
• 
  echipamente periferice şi suporturi pentru stocarea datelor şi informaţiilor.