Tehnologii Informationale pentru Administratie Publica

Tonomate CD-ROM (CD-ROM Juke Box)

Tonomatele sunt dispozitive conectate la o unitate de CD-ROM dintr-un calculator sau o staţie de lucru şi în care pot fi introduse în jur de 200 de CD –ROM –uri. Utilizatorul poate solicita datele de pe orice disc din tonomat, fiind asigurat, la un moment dat, accesul direct la date de pe un singur CD –ROM.

Sistemele DVD (Digital Video Disk)

O generaţie nouă a tehnologiilor de stocare a datelor video, audio şi informatice, o constituie discurile video digitale (DVD –urile). Din punct de vedere constructiv³ există DVD–uri cu una sau două feţe, pe fiecare faţă putând fi unul sau două straturi, capacitatea de stocare fiind diferită. De exemplu, un disc video cu un singur strat şi o singură faţă permite stocarea a 4.7 GB de date, un DVD cu două straturi şi o singură faţă are o capacitate de stocare de 8.5 GB, iar în cazul celor cu două feţe se ajunge la capacitate de stocare maximă de 17 GB.

Echipamente periferice şi suporturi magneto-optice

Discurile magneto-optice sunt dispozitive de stocare cu ştergere sau semiştergere de capacitate foarte mare. Pentru înregistrarea datelor se utilizează o rază laser care încălzeşte un punct extrem de mic de pe suprafaţa discului, astfel încât orientarea magnetică a suportului să poată fi modificată de capul de citire /scriere. Unităţile magneto-optice combină tehnologiile discului magnetic cu tehnologiile CD-ROM. Deşi sunt lente în comparaţie cu hard discurile şi scumpe în comparaţie cu discurile obişnuite, ele se pretează foarte bine pentru realizarea copiilor de siguranţă.
Unităţile de interfaţă şi liniile de comunicaţie (magistrale /canale) asigură conectarea tuturor componentelor interne şi externe ale unui sistem de calcul, fluxul datelor şi al comenzilor, între componentele sistemului, în timpul prelucrării, precum şi fluxul de semnale pentru întreţinerea sistemului în stare de funcţionare.

După semnificaţia semnalelor transmise, magistralele /canalele pot fi de adrese, de date sau de control, după cum semnalele respective reprezintă adrese, date sau comenzi şi informaţii despre starea unităţilor interconectate.

2.1.2 Resursele software
Cea de a doua componentă a unui sistem electronic de calcul, Software, include resursele logice care pot fi structurate în trei categorii:

- programe de bază;

- programe de aplicaţii;

- programe intermediare.

Programele de bază (software-ul de sistem) asigură exploatarea eficientă a întregului sistem electronic de calcul. Din această categorie fac parte sistemele de operare, programele utilitare şi programele traductoare.

Sistemul de operare reprezintă componenta indispensabilă funcţionării oricărui calculator şi acţionează ca un intermediar între utilizator şi resursele calculatorului.

Programele utilitare sunt programe specializate în realizarea unor operaţii precis definite. Deşi nu sunt obligatorii, sunt recomandate pentru a completa serviciile interne ale sistemului, sprijinind utilizatorul final în operaţii precum gestionarea discurilor, dialogarea facilă om-calculator etc. Din această categorie, cele mai cunoscute sunt Norton Commander, Win Commnader, Windows Explorer, programele antivirus, programele de arhivare etc.

Programele traductoare au rolul de a traduce programele sursă, scrise de utilizator în limbaje de programare, în programe executabile de către calculator. Traducerea poate fi realizată prin compilare sau prin interpretare.

Compilarea presupune parcurgerea următoarelor etape:

• 
  traducerea programului sursă într-un format obiect relocabil (binar translatabil);
  
• 
  editarea de legături prin completarea programului obiect cu module preluate din biblioteci (de sistem sau ale utilizatorului);
  
• 
  obţinerea programului executabil;
  
• 
  încărcarea şi lansarea în execuţie în vederea obţinerii rezultatelor dorite.
  

Interpretarea presupune traducerea programului, instrucţiune cu instrucţiune, la fiecare execuţie a acestuia.

Programele de aplicaţii sunt proiectate pentru a asigura automatizarea cerinţelor utilizatorilor din domenii diverse. În general, ele răspund principalelor funcţii ale entităţilor social-economice (contabilitate, finanţe, marketing, resurse umane etc.). Aceste programe sunt folosite pentru:crearea bazelor de date cu diverse destinaţii; gestiunea economico-financiară;realizarea aplicaţiilor administrative; realizarea de aplicaţii tehnico-ştiinţifice;proiectare şi inginerie asistate de calculator;comunicaţii şi teletransmisii de date;dezvoltarea de software (crearea altor aplicaţii) etc. În entităţile social-economice programele de aplicaţii pot fi obţinute fie prin achiziţionare de pe piaţa specializată, fie prin programarea /construirea cu resurse proprii.

Programele intermediare sunt instrumente adresate cu precădere utilizatorilor finali care exploatând microcalculatoare pot să-şi rezolve singuri aplicaţiile dorite. Intră în această categorie procesoarele de texte (Word, Word Perfect, Ami Pro etc.), programele de calcul tabelar (Excel, Lotus etc.), programele de grafică (Coreldraw, Power Point etc.) şi instrumentele soft integrate (Works).

Apelând un anumit soft, într-un sistem electronic de calcul, se pot efectua diverse prelucrări. Rezolvarea unei probleme presupune un algoritm care stă la baza unui program format dintr-o succesiune de instrucţiuni. Executarea unei instrucţiuni se derulează pe parcursul mai multor paşi sincronizaţi în timp⁴ (figura 2.3).

Figura 2.3 Execuţia unei instrucţiuni.

Semnificaţia şi succesiunea paşilor este următoarea:

1. 
   citirea din memoria internă (MI) a instrucţiunii şi încărcarea ei în unitatea de comandă şi control (UCC);
   
2. 
   decodificarea instrucţiunii şi emiterea ordinului către unitatea aritmetică şi logică (UAL);
   
3. 
   UCC transmite către MI adresele datelor ce sunt citite şi apoi încărcate în UAL;
   
4. 
   UAL prelucrează datele încărcate din MI;
   
5. 
   UAL transmite către MI rezultatele obţinute.
   

2.2 Arhitecturi şi configuraţii de calculatoare
Echipamentele hardware, privite din punct de vedere funcţional şi făcând abstracţie de forma şi amplasarea lor fizică formează arhitectura unui sistem electronic de calcul.

Conceptul de arhitectură are un grad mare de generalitate şi vizează aspectele legate de performanţele şi compatibilităţile componentelor sale. Arhitecturile pot fi multicalculator sau multiprocesor.

Arhitecturile multicalculator sunt specifice sistemelor care includ cel puţin două calculatoare şi asigură o disponibilitate înaltă şi o divizare a sarcinilor de prelucrare.

Arhitecturile multiprocesor sunt specifice sistemelor de calcul care includ cel puţin două unităţi centrale de prelucrare, identice sau diferite, care au acces comun la memoria internă. Se asigură astfel o mărire a capacităţii de prelucrare prin executarea în paralel a unor sarcini distincte, concomitent cu echilibrarea şi omogenizarea distribuţiei de sarcini.

O arhitectură trebuie să îndeplinească următoarele funcţii (figura 2.4):

• 
  funcţia de memorare - asigură păstrarea datelor şi a programelor;
  
• 
  funcţia de prelucrare - realizează operaţii aritmetice şi /sau logice asupra datelor din memoria internă;
  
• 
  funcţia de comandă şi control - supervizează prelucrarea automată a datelor;
  
• 
  funcţia de intrare /ieşire - introduce datele şi programele de aplicaţii, de pe suporturi externe, în memoria internă şi extrage rezultatele prelucrărilor, din memorie, pe un suport extern.
  

Funcţia de memorare Funcţia de intrare-ieşire Date de ieşire Date de intrare şi programe Rezultate Date Comenzi Comenzi Funcţia de comanda şi control de intrare Funcţia de prelucrare Comenzi

Figura 2.4 Funcţiile sistemului electronic de calcul

În funcţie de cerinţele de prelucrare şi de opţiunile utilizatorului, unitatea centrală poate fi cuplată cu un număr variabil de dispozitive /echipamente periferice şi de unităţi de interfaţă. Se obţine, astfel, configuraţia sistemului respectiv (figura 2.5). Pentru ca un sistem să fie operaţional trebuie să existe o configuraţie minimă (de bază) în care sunt conectate un număr minim necesar de componente. Plecând de la configuraţia minimă, în funcţie de complexitatea lucrărilor de executat şi de posibilităţile financiare, utilizatorul îşi poate adăuga noi componente. Ţinând cont de limita maximă admisă de unitatea centrală de prelucrare se poate obţine o configuraţia maximă.

Figura 2.5 Configuraţia unui SEC

Indiferent de configuraţie, la executarea unui program de aplicaţii, între componentele unui sistem electronic de calcul se realizează următoarele fluxuri informaţionale:

• 
  fluxul instrucţiunilor apare odată cu încărcarea, în memoria internă a programului, în format executabil, instrucţiunile acestuia fiind preluate de unitatea de comandă şi control pentru decodificare şi transformare în comenzi;
  
• 
  fluxul comenzilor se realizează între unitatea de comandă şi control şi celelalte componente ale sistemului, prin transmiterea comenzilor, pentru efectuarea operaţiunilor de intrare (citire), de calcul (prelucrare), ieşire (scriere) etc.;
  
• 
  fluxul datelor se realizează pe parcursul execuţiei comenzilor pentru operaţiuni de intrare-ieşire.
  

2.3 Evoluţia şi clasificarea sistemelor de calcul
Construcţia mijloacelor moderne de calcul trebuie privitǎ în contextul dezvoltării întregii societăţi umane. Această dezvoltare a fost posibilă numai datorită acumulării şi folosirii informaţiilor transmise de la o generaţie la alta.
2.3.1 Evoluţia sistemelor electronice de calcul
Intensificarea schimburilor comerciale a impus construirea unor aparate de calcul. Se presupune că primul aparat de calcul a fost socotitorul cu bile, cunoscut la romani sub numele de abacus, iar la greci, tabla lui Pitagora. Un aparat asemănător - suanpan - era folosit, cu mult înaintea grecilor şi romanilor, de către chinezi.

Încă din primele secole ale e.n. au fost cunoscute calculatoarele mecanice: taxometrele şi godometrele, care erau folosite pentru măsurarea distanţelor parcurse. Câteva secole mai târziu s-a înregistrat o performanţă esenţială, şi anume, fixarea rezultatelor calculelor cu ajutorul cadranelor. Aparate asemănătoare se întâlnesc şi azi: contoare de gaz şi electricitate, apometre, contorul de turaţii, pendulul etc.

La începutul secolului al XVII-lea din secolul trecut, matematicianul scoţian John Napier a creat un instrument de calcul cunoscut sub numele de “bastonaşele lui Napier”. Napier a rămas celebru mai ales prin inventarea logaritmilor naturali sau naperieni care s-au răspândit pretutindeni, având utilizare atât în problemele teoretice cât şi în cele aplicative.

Avantajele tabelelor de logaritmi au fost folosite de către W. Oughtread, care, în 1622, a realizat prima riglă de calcul. Rigla de calcul poate efectua uşor nu numai înmulţiri şi împărţiri, ci şi ridicări la putere, extrageri de rădăcini pătrate sau cubice, calculul funcţiilor trigonometrice etc. In schimb, rigla de calcul realizează operaţiile de adunare şi scădere.

Apariţia maşinilor mecanice de calculat este legată de numele marelui savant francez Blaise Pascal. Din dorinţa de a-şi ajuta tatăl, care se ocupa cu strânegerea taxelor şi impozitelor, tânărul Pascal a realizat, în 1642, prima maşină mecanică cu care se efectuau adunări şi scăderi. Maşina lui Pascal funcţiona după principiul contorului electric sau cel de kilometraj. Astfel, maşina era formată dintr-o serie de roţi dinţate, cuprinzând fiecare câte 10 dinţi numerotaţi de la 0 la 9 şi un „ecran” pe care se puteau citi cifrele.

În 1671, marele matematician german Gottfried Wilhelm Leibnitz, aducând unele îmbunătăţiri maşinii lui Pascal, a realizat o maşină de calculat care făcea, în plus, înmulţiri şi împărţiri. Leibnitz, prin studiile sale de matematică şi logică poate fi considerat un precursor important în construirea maşinilor electronice moderne, el introducând simbolismul algoritmic şi calculul infinit zecimal.

Realizarea primelor maşini de calcul, în serie, s-a produs abia în 1820. Alsacianul Charles Xavier Thomas din Colmar deschide, la Paris, o fabrică de maşini numite aritmometre. La baza construcţiei maşinilor de calcul mecanice stă principiul general conform căruia, fiecare număr este considerat ca o distanţă (liniară sau unghiulară).

Automatizarea calculelor matematice s-a putut realiza atunci când în maşină au fost introduse cartelele perforate, un suport de hârtie folosit pentru păstrarea codificată a datelor. Ideea folosirii cartelelor perforate apare în Franţa, în 1806, când inginerul Joseph Marie Jacquard inventează un sistem pentru controlul funcţionării războaielor de ţesut ale textiliştilor din Lyon.

Utilizarea cartelei perforate în tehnica de calcul a fost realizată de matematicianul englez Charles Babbage (1791-1871), profesor la Universitatea din Cambridge, care a imaginat o maşină capabilă să poată calcula şi tipări tabele matematice cu ajutorul cartelelor perforate. Astfel, în 1822, C. Babbage a creat o maşină diferenţială care permitea calcularea tabelelor matematice până la a opta zecimală. Mai târziu, în 1832, el a conceput o maşină analitică, mult mai puternică decât prima, care trebuia să efectueze automat cele mai diverse operaţii matematice. În proiectul său, maşina analitică cuprindea, ca orice calculator electronic modern, trei elemente esenţiale:

• 
  un bloc de memorie (magazia) pentru înmagazinarea datele sub formă de perforaţii în cartele de hârtie;
  
• 
  un bloc aritmetic (moara) pentru efectuarea calculelor;
  
• 
  un bloc de dirijare şi control (comanda).
  

Maşina era concepută să efectueze toate operaţiunile aritmetice, pe baza unui program introdus în prealabil în maşină, să memoreze rezultatele intermediare pentru a fi folosite în calcule ulterioare şi să decidă între două acţiuni, în funcţie de rezultat. Această maşină nu a putut fi construită datorită condiţiilor tehnologice din acea vreme.

Programele pentru această maşină au fost realizate de către Ada Augusta Byron, contesă de Lovelace, fiica celebrului poet englez Byron şi asistenta lui Charles Babbage. Ada Augusta Byron este considerată primul programator din lume.

Cartelele perforate, ale lui Jaquard, l-au influenţat şi pe inginerul american (de origine germană) Hermann Hollerith, care din 1880, lucra ca statistician, la Biroul de Recensământ al SUA. În 1887, el construieşte maşini care lucrează pe bază de cartele perforate şi care erau prevăzute cu dispozitive speciale de perforat, sortat, numărat cartele, de tabulat etc. Aceste dispozitive au contribuit la creşterea substanţială a vitezei de lucru. Maşinile cu cartele perforate au fost folosite pentru recensământul populaţiei SUA din anul 1890.

Hermann Hollerith simte valoarea comercială a ideii sale şi, în 1896, înfiinţează firma Tabulating Machines Company, destinată construirii şi vânzării acestor maşini. În 1911, Tabulating Machines Company fuzionează cu alte firme pentru a forma Computing Tabulating Recording Company. Această firmă, în 1924 îşi schimbă numele în Industrial Bussines Machines Corporation (IBM), considerată şi în prezent cea mai mare firmă producătoare de echipamente de calcul din lume.

Este greu de precizat, cu exactitate, când a fost inventat primul calculator modern. În perioada 1930-1940 au fost realizate numeroase maşini, dar cea mai mare parte dintre ele nu aveau toate caracteristicile care sunt astăzi asociate unui calculator.

Primele dispozitive, asemănătoare calculatoarelor, au fost create în 1941, în Germania, de către Konrard Zuse şi se numeau Z3 şi Z4. Acestea aveau multe părţi electronice, dar memoria era mecanică.

O altă maşină electromecanică de calcul a fost realizată de Howard Aiken şi Claire Lake, cu asistenţă financiară din partea firmei IBM, la Harward University, în 1943. Maşina se numea Automatic Sequence Control Calculator (Mark I), utiliza relee şi benzi din hârtie perforată şi avea la bază principiile lui Charles Babbage. Ea a fost folosită pentru calculul traiectoriilor balistice.

Primul dispozitiv, în întregime electronic, a fost realizat de John Atanasoff şi asistentul său, Clifford Berry. Profesorul Atanasoff a dorit ca maşina lui să-i ajute pe studenţi în rezolvarea anumitor tipuri de ecuaţii. Din 1937, până în 1942, ajutat de C. Berry, Atanasoff realizează maşina denumită Atanasoff - Berry Computer sau ABC.

ABC-ul a fost primul calculator electronic, dar nu universal. El rezolva doar anumite tipuri de ecuaţii, neputând fi folosit şi pentru alte probleme.

În aceeaşi perioadă, la Universitatea din Pennsylvania, profesorii John Presper Eckert şi John W. Mauchly au început construirea unei maşini bazate pe tuburi electronice. Proiectul, început în 1943, a fost terminat în 1946 sub numele de ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Această maşină era enormă: avea o greutate de 30 tone, conţinea 18.000 tuburi electronice, ocupa o suprafaţă de podea de 160 mp. Prelucra date cu o viteză de aproximativ 5.000 de operaţii pe secundă, introducerea datelor şi instrucţiunilor făcându-se de la 40 de panouri cu fişe, în câteva zile, iar verificarea dura, alte câteva zile. Acest calculator avea o fiabilitate foarte redusă şi necesita înlocuirea frecventă a tuburilor care se ardeau repede.

Un nume de referinţă în evoluţia calculatoarelor este cel al matematicianului John von Neumann care încă din 1944 a lansat ideea programului înregistrat. Astfel, au apărut şi noţiunile de algoritm de rezolvare a unei probleme şi de program de prelucrare a algoritmului. John von Neumann a recomandat constructorilor de calculatoare trei principii:

• 
  programele şi datele să fie codificate sub formă binară;
  
• 
  programele şi datele să fie păstrate în memoria calculatorului;
  
• 
  să existe o unitate centrală de prelucrare care să poată extrage, decodifica şi executa instrucţiunile programului.
  

O bună parte dintre calculatoare, inclusiv cele actuale, sunt construite în conformitate cu principiul von Neumann, fiind compuse din unul sau mai multe procesoare, memorie internă, dispozitive de intrare-ieşire pe suport magnetic, la care au fost adăugate ulterior orologii, terminale, interfeţe de reţea etc.

Ca şi predecesorii lor, Eckert şi Mauchly formează, în 1947, o companie pentru construirea de calculatoare comerciale. Obiectivul lor a fost proiectarea şi construirea unui calculator universal, UNIVAC I (Universal Automatic Computer).

Concomitent, în mai 1949, în Anglia, a fost realizat calculatorul EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer), de profesorul M. Wilkes, iar în SUA, a fost realizat calculatorul BINAC (Binary Automatic Computer). Doi ani mai târziu, a fost creat EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). EDVAC posedă un sistem de comandă flexibil şi un tip special de înmagazinare a datelor care îi conferă viteze ridicate de calcul.

Comercializarea calculatoarelor începe în 1951, cu calculatorul UNIVAC I, vândut Biroului de Recensământ al SUA. Începând cu UNIVAC I, calculatoarele s-au dezvoltat rapid, evoluţia fiind marcată de existenţa mai multor generaţii de calculatoare.

Generaţia I. Calculatoarele din această generaţie erau prevăzute cu tuburi, relee electromagnetice, iar memoriile utilizau tamburi magnetic. Viteza de calcul ajungea la 10.000 operaţii şi instrucţiuni pe secundă. Programatorul îşi introducea programul (codificat binar sau hexazecimal) în memorie, de la o consolă sau de la un panou. Apoi, îl lansa în execuţie, îşi vizualiza rezultatele şi eventual îl depana. La noi în ţară, primele calculatoare, din această generaţie, au fost CIFA produse la Institutul de Fizică Atomică din Bucureşti. Au urmat MECIPT I (Maşina Electronică de Calcul - Institutul Politehnic Timişoara) şi DACICC I (Dispozitiv Automat de Calcul - Institutul de Calcul Cluj).

Generaţia a II-a. Apariţia, în 1948, a tranzistorului inventat de o echipă de cercetători, de la Bell Laboratories, condusă de William Shockley, bazat pe semiconductori (din siliciu sau germaniu), a revoluţionat construirea echipamentelor de calcul. Memoria principală era realizată din inele de ferită (materiale magnetice sintetizate). Ca urmare viteza de lucru ajunge la 100.000-200.000 de operaţii pe secundă, iar capacitatea memoriei interne creşte la 32 KO. Apar primele echipamente periferice: cititorul de cartele, imprimanta, unităţi de bandă magnetică. Pe linie de soft apar primele sisteme de operare (programe proprii ale sistemului de calcul care controlează activitatea de introducere şi extragere a datelor, executarea alternativă a programelor, programe pentru servicii standard de sortare şi clasificare, programe standard de calcul al funcţiilor matematice) şi limbajele de programare de nivel înalt, prin care se pun bazele ingineriei programării.

În 1956, apare primul limbaj de nivel înalt, FORTRAN (FORmula TRANslator), orientat spre aplicaţiile ştiinţifice, în 1958, ALGOL (ALGOrithmic Language), orientat pe calcule tehnico-ştiinţifice şi din care a apărut ulterior limbajul PASCAL, iar în 1960, COBOL (Common Business Oriented Language), orientat spre calcule economice şi permiţând manipularea unui volum mare de date. Dintre calculatoarele de generaţia a II-a, produse în România, mai cunoscute sunt: MECIPT II, CET-500, DACICC-200.

Generaţia a III-a. Inventarea în 1958 a circuitelor integrate^* a determinat reducerea dimensiunilor şi a costurilor, creşterea vitezei de prelucrare şi reducerea necesarului de aer condiţionat. Cel mai adesea circuitele integrate sunt clasificate în funcţie de numărul de tranzistori şi alte componente electronice pe care le conţin. Din acest punct de vedere există următoarele clase de chip-uri:

• 
  până la 100 de componente – SSI (Small Scale Integration);
  
• 
  100 –3000 componente - MSI ( Medium Scale Integration);
  
• 
  3000-100000 componente - LSI (Larges Scale Integration);
  
• 
  100000 - 1000000 componente - VLSI (Very Large Scale Integration) ;
  
• 
  peste 1000000 componente – ULSI (Ultra Large Scale Integration);
  
• 
  peste 1000000 componente, într-o tehnologie tridimensională – WSI (Wafe Scale Integration).
  

Calculatoarele din această generaţie aveau o viteză de calcul de 0,5…1 MIPS (1 MIPS = 1 Milion Instrucţiuni Pe Secundă), capacitatea memoriei interne fiind de 2 MO.

Din punct de vedere arhitectural, la aceste calculatoare a apărut Unitatea de Schimburi Multiple (USM), care are drept scop degrevarea UCP de transferul de date, dintre memorie şi periferice. UCP iniţiază transferul de date, după care acesta cade în sarcina USM. Aceste sisteme se mai numesc şi mainframe-uri sau sisteme medii-mari. În această perioadă au apărut sisteme de operare din ce în ce mai evoluate. În 1965, IBM a propus: sistemul DOS (Disk Operating System) – orientat spre calculatoarele personale şi sistemul de operare OS (Operating System) - orientat spre calculatoare puternice. Tot în această perioadă au apărut şi limbajele de programare: Lisp, Pascal, PL/1, C, Basic.

Din generaţia a III-a cele mai cunoscute sunt sistemele IBM System/360 care au fost lansate pe piaţă în 1964. La noi în ţară, au fost realizate calculatoarele FELIX C-256, 512,1024, bazate pe licenţa franceză IRIS-50 şi minicalculatoarele din familiile INDEPENDENT (variantele I-100, I-102F, I-106) şi CORAL (variantele CORAL-4011, 4021, 4030), proiectate de Institutul de Tehnică de Calcul şi realizate de Fabrica de Calculatoare Electronice Bucureşti.

Saltul calitativ l-a reprezentat apariţia, în 1970, a microprocesorului, inventat de inginerul Marcian Ted Hoff de la firma Intel, la cererea firmei japoneze Busicom. Primul microprocesor funcţional (i4004) a fost lansat de către Intel în februarie 1971 şi avea aceeaşi putere ca şi calculatorul ENIAC. Puterea unui microprocesor constă în numărul de biţi transmişi şi prelucraţi în paralel.

După 1970, datorită progreselor microelectronicii (circuite LSI şi VLSI) şi a microprocesoarelor, a apărut o mare varietate de mini şi microcalculatoare. Dintre minicalculatoare, cele mai cunoscute sunt cele de tip PDP-11 (pe 16 biţi) şi VAX-11 (pe 32 biţi), produse de firma DEC (Digital Equipment Corporation).

Primul microcalculator cunoscut pe plan mondial a fost MICRAL, construit în Franţa, în 1973 de către André Trung Trong Thi, pe baza unui microprocesor Intel 8008.

În România, din această generaţie au fost realizate microcalculatoarele Cub-Z, TPD, aMIC, Prae, Junior PC etc.

Literatura de specialitate prezintă şi generaţia intermediară 3.5, inaugurată de IBM, prin System/370. Această generaţie prezintă îmbunătăţiri în privinţa lărgirii domeniilor de utilizare şi a scăderii costurilor.

Generaţia a IV-a. Calculatoarele din această generaţie se bazează pe componente microelectronice cu integrare pe scară foarte largă, set complex de instrucţiuni, modularitate, posibilităţi de adresare extinse şi de autodiagnosticare. Modul de exploatare a cunoscut modificări remarcabile prin introducerea bazelor de date şi a sistemelor de gestiune a acestora, precum şi prin dezvoltarea componentelor fizice şi logice, pentru integrarea sistemelor de calcul în reţele de calculatoare. Apar pachete de programe pentru procesarea de texte, gestiunea datelor, prelucrarea imaginilor şi a sunetelor etc. Se dezvoltă limbajele neprocedurale şi cele orientate pe obiecte. Cu ajutorul acestor programe calculatorul reuşeşte să dezvolte raţionamente.

Realizările moderne tind să se polarizeze în jurul calculatoarelor ultrarapide, numite şi supercalculatoare, care execută, în general, un set foarte redus de instrucţiuni, dar cu o viteză foarte mare, şi a celor inteligente, care pot executa instrucţiuni complexe.

Prima familie de supercalculatoare a fost Cray, produsă de firma Cray Research. Dintre produsele acestei firme, cel mai popular model a fost Cray X-MP, apărut în 1982.

Calculatoarele din primele patru generaţii sunt considerate ca având arhitectură de tip von Neumann, caracterizându-se prin prelucrarea secvenţială a instrucţiunilor programelor stocate în memorie, împreună cu datele de prelucrat. Structura de prelucrare este fixă, funcţiile fiind obţinute prin software.

Trecerea de la o generaţie la alta, produsă în medie la un interval de şase ani, a însemnat de fiecare dată un salt calitativ remarcabil, estimat în medie printr-o creştere de 10 ori a vitezei de prelucrare, de 20 de ori a capacităţii de memorie, de 10 ori a fiabilităţii, o reducere de 10 ori a costului componentelor şi de 2,5 ori a întregului sistem de calcul⁵.

Generaţia a V-a. În 1981, Japonia anunţă lansarea proiectului pentru realizarea calculatoarelor din cea de a V-a generaţie. Această generaţie se bazează pe dezvoltarea inteligenţei artificiale şi pe regândirea tehnologiilor hard şi soft. Ca urmare, aceste calculatoare devin sisteme de procesare a cunoştinţelor – KIPS (Knowledge Information Processing Systems). Dacă primele generaţii de calculatore electronice au fost construite pentru calcule, această generaţie este destinată raţionamentelor. Ele vor fi un instrument indispensabil de conducere pentru economişti deoarece, aşa cum apreciază Edward A. Feigenbaum aproape întreaga gândire a conducerii afacerilor se face prin inferenţă simbolică şi nu prin calcule⁶.

Calculatoarele inteligente nu dispun de clasamente riguroase, deoarece, inteligenţa este mai greu cuantificabilă decât viteza. Japonezii au fost primii care au pus problema unor supercalculatoare inteligente, prin Fifth-Generation Computer System Project. Ei conturează trei funcţii de bază pentru calculatoarele din această generaţie⁷ realizabile prin hard şi soft.

Funcţia de inferenţă şi rezolvare de probleme. Problemele vor fi rezolvate cu o viteză cuprinsă între 10⁸-10⁹ LIPS (Logical Inferance Per Second – inferenţă logică pe secundă). Inferenţa logică este o operaţie a gândirii prin care se trece de la un enunţ la altul, în mod deductiv sau inductiv direct (inferenţă imediată), sau indirect (inferenţă mediată). O inferenţă presupune executarea până la 1000 de instrucţiuni calculator. Actualele calculatoare au o viteză de aproximativ 10⁵ LIPS.

Funcţia de gestiune a cunoştinţelor. Calculatoarele din generaţia a cincea vor regăsi în câteva secunde cunoştinţele necesare unei inferenţe prin consultarea unei baze de cunoştinţe de capacitate mare (aprox. 1000 Gbyte).

Funcţia de interfaţă inteligentă om-calculator. Aceste calculatoare vor asigura comunicarea cu ajutorul vorbirii, a imaginilor şi a limbajului natural.

Calculatoarele din generaţia a cincea vor fi utilizate în: cercetare /proiectare asistată de calculator; instruire asistată de calculator; automatizare a activităţilor de birou etc.

Proiectul japonez a fost susţinut de guvern şi o serie de firme japoneze prin finanţarea programului ICOT (Institute for New Generation Computers Technology).

Reacţiile cele mai importante la proiectul japonez s-au manifestat în SUA, prin finanţarea de către guvern a programului DARPA, şi prin crearea şi finanţarea de către 11 mari companii a corporaţiei MCC (The Microelectronics and Computers Technology Corporation).

Literatura de specialitate prezintă evoluţia calculatoarelor, pe generaţii, şi în funcţie de categoriile profesionale care au influenţat cel mai mult dezvoltarea tehnicii de calcul:

1. generaţia inventatorilor;

2. generaţia tehnologilor /inginerilor;

3. generaţia programatorilor;

4. generaţia utilizatorilor.

Această separare scoate în evidenţă ordinea „intrării în scenă” a diferitelor categorii de specialişti şi nu ordinea ieşirii lor, pentru că în realitate există o strânsă colaborare între aceste categorii, evoluţia rapidă a informaticii, din ultimii ani, având la baza tocmai această conlucrare.

2.3.2 Clasificarea sistemelor electronice de calcul
Există mai multe criterii de clasificare a SEC, cele mai folosite fiind: modul de reprezentare a informaţiilor, posibilităţile de prelucrare, preţul şi viteza de operare, formatul instrucţiunilor executate, modul de organizare a memoriei, modul lor de utilizare.

Sistemele de calcul, după modul de reprezentare a informaţiilor, se împart în:

• 
  calculatoare numerice;
  
• 
  calculatoare analogice;
  
• 
  calculatoare hibride.
  

Calculatoarele numerice sunt sisteme de calcul care primesc, prelucrează şi transmit date, respectiv informaţii, codificate sub formă numerică binară. Datele de intrare pot fi prelucrate numai dacă au fost formulate într-un model matematic, calculatorul operând cu numere în reprezentare discretă.

Calculatoarele analogice sunt sisteme de calcul în care pot fi prestabilite relaţii matematice între variabilele continue ale sistemelor fizice. Aceste variabile pot fi de orice natură fizică măsurabilă (presiune, temperatură, tensiune etc.) şi sunt preluate de calculator sub forma unor tensiuni electrice şi redate utilizatorului printr-un dispozitiv indicator special.

Calculatoarele hibride sunt rezultatul cuplării unui calculator numeric cu unul analogic. De regulă calculatorul numeric utilizat are o capacitate redusă, dar o memorie suficientă pentru păstrarea datelor.

Ţinând seama de mărime, posibilităţi de prelucrare, preţ şi viteză de operare, literatura de specialitate clasifică sistemele de calcul în cinci categorii⁸:

• 
  supercalculatoare;
  
• 
  sisteme de calcul medii-mari (mainframe-uri);
  
• 
  minicalculatoare;
  
• 
  microcalculatoare;
  
• 
  calculatoare mici (palm PC-uri).
  

Supercalculatoarele sunt cele mai complexe puternice şi scumpe sisteme de calcul. În arhitectura acestora se regăsesc mai multe UCP care execută peste un miliard de instrucţiuni pe secundă. Astfel, sunt posibile prelucrările de tip „masiv paralele”. Numărul mare de procesoare şi softul special utilizat determină creşterea performanţelor cu trei ordine de mărime la fiecare zece ani. Supercalculatoarele îşi canalizează întreaga capacitate de calcul în executarea unui număr restrâns de programe cu o viteză foarte mare. În 1980 cel mai rapid supercalculator lucra cu aproape un milion operaţii în virgulă mobilă pe secundă (FLOPS – Floating Point Operations Per Second). Zece ani mai târziu vitezele au ajuns la un Giga-FLOPS, estimându-se ca în 2010 viteza să ajungă la o mie Tera-FLOPS. Comparând vitezele supercalculatoarelor cu cele ale microcalculatoarelor, o secundă de lucru cu un supercalculator este echivalentă cu 50 de zile lucrate non-stop de întreaga populaţie SUA, pe microcalculatoare.

Aceste sisteme sunt folosite în aplicaţii complexe din domeniile: reactoare nucleare şi simulări nucleare, proiectarea aeronavelor, exploatări petroliere, seismologie, criptografie, prognoza vremii, conservarea energiei etc.

SUA şi Japonia sunt principalele ţări în care se realizează cercetări şi proiectări de supercalculatoare prin firmele: Cray Research, Fujitsu, ETA Systems, Sutherland, IBM, Sun, SGI (Silicon Graphics Inc.).

Mainframe-urile sunt plasate între supercalculatoare şi minicalculatoare şi dispun de mai multe UCP care operează cu viteze foarte ridicate permiţând conectarea unui număr însemnat de unităţi periferice de intrare-ieşire. De regulă, funcţionează non-stop, ceea ce implică un acces controlat la date şi un sistem de protecţie adecvat. Pot suporta de la câteva zeci, la mii de terminale. Dispun de memorie cache de mare viteză, circuite de detectare a erorilor. Sunt flexibile, scalabile şi au securitate sporită. Mainframe-urile sunt destinate domeniilor ce necesită prelucrări sporite de date: administraţiile publice, societăţile bancare, conducerea marilor afaceri, marile spitale. Principalele firme producătoare sunt IBM, UNYSIS, NCR, HONEYWELL.

Minicalculatoarele sunt sisteme folosite pentru executarea unor programe de aplicaţii specializate. Sunt utilizate în aplicaţii multiutilizator de administraţie, pentru automatizări industriale, pentru transmisii de date între sistemele dispersate geografic. Arhitectura minicalculatoarelor se bazează pe o structură modulară, interconectarea fiind flexibilă şi se realizată prin una sau mai multe magistrale. De asemenea, dispun de o structură diversificată în ceea ce priveşte sistemul de intrare-ieşire.

Dintre firmele producătoare, cele cu o cotă foarte bună pe piaţă sunt: IBM, Wang, Texas Instruments, Data General, DEC, PDP, Hewlett Packard etc.

Microcalculatoarele sunt sisteme a căror UCP este implementată cu un microprocesor şi care au o serie de avantaje faţă de categoriile prezentate anterior:

• 
  sunt accesibile utilizatorilor finali care, chiar şi fără o pregătire specială, le pot exploata;
  
• 
  pot fi folosite în orice domeniu de activitate;
  
• 
  au un preţ mai redus;
  
• 
  dispun de o structură modulară realizată în jurul unei magistrale;
  
• 
  se pot utiliza independent sau cuplate cu alte sisteme de acelaşi tip sau diferite.
  

Palm PC–urile sunt sisteme de calcul miniaturizate care pot substitui un blocnotes, o agendă telefonică, un calculator de buzunar, un calendar, un ceas deşteptător sau chiar un editor de texte. Ultimele modele pot efectua operaţii mai complexe, precum cele oferite de programele de calcul tabelar, recunoaşterea scrisului de mână pe care îl transformă în formatul unui procesor de texte, transferul de fişiere în /din PC-uri, pot accesa reţeaua Internet. În plus, ele permit cuplarea la modemuri fără fir, card-uri pager, recunoaşterea vocii etc. Aceste facilităţi necesită, însă un soft special. Principalii producători sunt 3 Com (modelul Palm Pilot), Casio (modelul E-10 Casiopea), Philips (modelul Nino).

După formatul instrucţiunilor executate, calculatoarele pot fi de tip monoadresă sau multiadresă. În primul caz instrucţiunea conţine codul instrucţiunii şi adresa operandului, care va prelua succesiv valorile operanzilor şi rezultatul final (specifice calculatoarelor care dispun de acumulator). În cel de al doilea caz, pot fi folosite instrucţiuni cu două, trei şi patru adrese. Instrucţiunile cu patru adrese conţin codul operaţiei şi câte o adresă pentru: primul operand, al doilea operand, rezultat şi adresa instrucţiunii următoare. Deoarece marea majoritate a instrucţiunilor se execută secvenţial s-a renunţat la adresa instrucţiunii următoare, instrucţiunea devenind cu trei adrese. Calculatoarele care sunt prevăzute cu registru instrucţiune acumulator, renunţă şi la celelalte adrese.

După modul de organizare a memoriei, calculatoarele pot fi organizate pe caracter (când locaţia este de un octet) şi pe cuvânt (când locaţia poate fi de 2, 4 sau 8 octeţi).

Din punct de vedere al utilizării, calculatoarele pot fi de buzunar, de birou, de proces şi universale. Ultimele trei tipuri pot fi structurate la rândul lor, ţinând seama de plasarea lor în anumite configuraţii fizice, în calculatoare principale, frontale, satelit sau gazdă.