Modulul 1: Arhitectura generală a unui calculatorul dupa von Neumann

SUPORT DE CURS Competențe Informatice

Cuprins

Modulul 1: Arhitectura generală a unui calculator

1. 
   Calculatorul dupa von Neumann
   

John Von Neumann nu a construit niciodată un calculator. Matematician de origine maghiaro-americană, Neumann a conceput un calculator care poare rezolva probleme matematice. Lucrările sale au stat la baza proiectării de calcualtoare digitale începând cu anii ’50. Deşi calculatoarele de astăzi sunt foarte departe din punct de vedere tehnlogic faţă de primele calculatoare de tip von Neumann acestea procesează datele în principiu la fel.

Calculatoarele de astăzi funcţionează în principiu după modelul calculatorul digital imaginat în anii ’40 de matematicianul John von Neumann. În viziunea lui Neumann memoria reprezenta una dintre cele cinci părţi principale ale unui calculator digital:

• 
  un dispozitiv de intrare responsabil cu introducerea date în calculator (precum o tastatura )
  
  • 
    zonă de memorie pentru stocarea datelor şi programelor
    
  • 
    unitate aritmetică pentru efectuarea calculelor
    o unitate de control care să realizeze transferul instrucţiunilor şi datelor între memorie şi unitatea aritmetică
    
• 
  un dispozitiv de ieşire (precum monitorul)
  

2. 
   Memoria interna si memoria externa
   

Ce este memoria?

Psihologia defineşte memoria ca un proces prin care oamenii şi alte organisme reuseşc să codifice, să stocheze şi să acceseze informaţia.

În acelaşi timp, memorie poate însemna şi un mecanism de reţinere a informaţiei ce urmează a fi utilizată de un calculator electronic.

Utilizarea noţiunii de memorie atât în cazul organismelor vii cât şi în cazul dispozitivelor electronice nu este o întâmplare. Memoria reprezintă un factor critic pentru funcţionarea ambelor categorii, iar procesarea unei informaţii presupune parcugerea aceloraşi trei etape:

• 
  Codare – procesarea informaţiei recepţionate într-o anumită formă
  
• 
  Stocare – procesul de creare a unei înregistrări permanente a informaţiei codificate
  
• 
  Apelare -procesele inerente utilizării informaţiei stocate.
  

Ori de câte ori o informaţie ne parvine dintr-o zonă de memorie înseamnă că aceasta a fost mai înainte codată, stocată şi într-un final apelată. Din contră, ori de câte ori o informaţie nu ne parvine dintr-o zonă de memorie înseamnă că cel puţina una dintre cele trei etape nu a funcţionat corespunzător.

Toate calculatoarele au memorie. Este puţin probabil ca cineva care a utilizat un calculator să nu fi aflat deja că acesta are memorie. Chiar şi persoanele care nu utilizează calculatoare ştiu acest lucru. Totuşi ce este memoria, în afara de ceva care se găseste în orice calculator?

Termenul de memorie poate avea semnificatii diferite. Sensul general este acela de mecanism de reţinere a datelor ce pot fi utilizate de un echipament electronic.

Atunci când vine vorba de calculatoare termenul de memorie face referire cel cel mai adesea la memoria internă a unui calculator. Pentru a înţelege mai bine modul de lucru al calculatoarelor  (şi nu de dragul clasificărilor…) dispozitivele de memorie ce echipează un calculator pot fi încadrate ca aparţinând memoriei interne sau celei externe.

Memoria internă sau primară:
Este o memorie electronică ce operează la viteze foarte ridicate şi poate fi accesată direct de către microprocesor, zona de stocare în care ajung toate datele înainte de a putea fi procesate de catre acesta.  Caracteristicile principale ale memoriei interne sunt următoarele:

• 
  memorie rapidă: dispozitivele de memorie internă sunt 100% electronice şi oferă o rată de transfer a datelor net superioară faţă de dispozitivele de memorie electronico-mecanice (precum hard disk-urile sau unităţile optice)
  
• 
  memorie temporară: datele sunt reţinute atât timp cât prin circuitele memoriei interne trece un curent electric. Întreruperea fluxului de electricitate sau închiderea calculatorului duce la dispariţia datelor conţinute.
  
• 
  memorie costisitoare: dispozitivele de memorie internă presupune costuri ridicate de producţie per megabait comparativ cu memoria externa. Din aceste motive cantitatea de memorie internă ce se găseşte într-un calculator este mult mai mică decât cantitatea de memorie externă.
  

memorie RAM: în cea mai mare parte memoria internă este alcătuită din memorie RAM aceasta fiind ajutată si de o cantitate mica de memorie ultrarapidă de tip cache care intră in componenţa microprocesorului.




Memoria externă

Orice altă formă de memorie alta decât cea internă intră în categoria memoriei externe sau secundare. Memoria externă este formată din dispozitive de stocare diverse care sunt mult mai lente decat memoria interna dar pot retine cantitati mari de date.

Datele continute de memoria externă a unui PC ce rulează Windows devin accesibile prin accesarea locaţiei My Computer (Computerul meu) :


Ce este memoria RAM?

Este puţin probabil ca cineva care a utilizat un calculator să nu fi aflat deja că acesta are memorie, chiar şi persoanele care nu utilizează calculatoare ştiu acest lucru. Totuşi ce este memoria, în afara de ceva care se găseste în orice calculator?

Aspecte teoretice
Termenul de memorie poate avea semnificatii diferite dar atunci când vine vorba de calculatoare prin memorie se intelege mecanism de reţinere a datelor ce pot fi utilizate de un echipament electronic.

Memoria unui calculator poate fi impărţită în două mari categorii:

• 
  memorie internă sau primară
  
• 
  memorie externă sau secundară
  

Memoria internă este zona de memorie care poate fi accesată în mod direct de către microprocesor. Orice cantitate de date înainte de a putea fi prelucrată de microprocesor trebuie să ajunga mai întâi prin memoria internă a calculatorului.

Pentru că totul trebuie să ajungă mai întâi în memoria internă dimensiunea şi viteza de lucru a memoriei RAM influenţează în mod direct performanţele unui calculator. Acesta este unul şi din motivele pentru care memoria internă este adusă de fiecare dată în discuţie atunci când trebuie evalute perfomaneţele unui calculator. Memoria internă este alcătuită aproape în totalitate  „memorie RAM”.

Memoria externă este formată din diferite dispozitive de stocare ce retin informatia pe termen lung (precum hard disk-ul). In imaginea de mai jos este prezentat rolul memoriei RAM intr-un calculator obisnuit. Sa ne imaginam ca doriti sa ascultati melodia dvs preferata care stiti ca se afla stocata pe hard disk. Ce se intampla atunci can faceti dublu click pe fisierul ce contine melodia? In mare hard disk-ul va transmite baitii ce contin melodia in memoria RAM, acestia vor fi stocati la o anumita adresa de unde-i va lua in primirie microprocesorul.

• 
  RAM - de la Random Acces Memory
  
• 
  RAM este prescurtarea de la Random Acces Memory – adică memorie cu acces aleator. Caracteristica de accesare aleatorie face referire la posibilitea de stocare şi accesare a datelor într-un mod non-secvenţial, ceea ce insemnă ca orice cantitate de date poate fi accesata in mod direct.
  

Memoria RAM și calculatoarele personale
Memoria RAM destinata calculatoarelor personale se prezintă sub forma unor module standardizate ca cel din imaginea de mai jos. Aceste module pot fi achiziționte de la magazinele locale și montate pe placa de bază a calculatorul in sloturile de memorie ramase libere. Memoriile RAM sunt niste componente electronice fiabile, neavand parti in miscare acestea nu se uzeaza in timp unii producatori oferind garantie pe viata.

Orice calculator personal care functioneaza are montat cel putin o un modul de memorie RAM. Atunci cand calculatorul functioneaza si nu vedeti nici un modul de memorie RAM instalat nu sunteti martorul unui fenomen paranormal – memoria RAM este acolo, de data aceasta se prezinta sub forma unor chipuri de memorie lipite direct pe placa de baza a calculatorului. Memoria RAM care vine direct lipita pe placa de baza nu este ceva comun calculatoarelor personale de tip desktop, in schimb unele calculatoare portabile sunt echipate din fabrica cu memorie RAM direct pe placa de baza pentru a se salva din spatiu.

Ce trebuie stiut despre memoria RAM?
Memoria RAM este locul în care ajung datele înainte de a fi prelucrate de microprocesor – această memorie este spaţiul de lucru al calculatorului.

Pentru că totul trece prin memoria RAM, capacitatea de stocare a memoriei RAM şi rapiditatea acesteia influenţează în mod direct performanţele calculatorului.

Orice software este conceput să funcţioneze în prezenţa unei anumite cantităţi minime de memorie RAM. Dacă într-un calculator nu se găseşte minimul de memorie RAM cerut de un program – acesta va refuza să pornească sau va funcţiona necorespunzător.

O cantitate insuficientă de memorie RAM poate afecta serios performanţele calculatorului pe ansamblu.

Mai multă memorie RAM înseamnă performanţe mai bune ale calculatorului, sau cel puţin, aşa văd lucrurile o bună parte dintre utilizatorii de calculatoare personale. Nu încercaţi să vă opuneţi acestei păreri generale chiar in unele cazuri dubland cantitatea de memeorie nu se va observa practic nicio diferenta.
De ce totul trebuie să treacă prin memoria RAM?
Iată, care ar fi o parte din variantele posibile:

• 
  Există o înţelegere secretă între producătorii de memorie RAM şi producătorii de calculatoare, astfel încât să fiţi nevoit să cumpăraţi şi memorie RAM odată cu calculatorul.
  
• 
  Calculatoarele s-au obişnuit cu memoria RAM, de ce să se schimbe lucrurile acum.
  
• 
  Memoria RAM are o viteză de lucru foarte mare în comparaţie cu restul dispozitivelor de stocare
  

Acordaţi-vă un punct dacă aţi ales a treia variantă, într-adevăr, memoria RAM este mult mai rapidă decât alte dispozitive de stocare.

Memoria RAM poate furniza date cu rapiditate microrprocesorului datorită faptului că este o componentă 100% electronică şi nu „beneficiază” de părţi în miscare precum majoritatea dispozitivelor de stocare obişnuite. Dacă în prezent un hard disk obişnuit poate funiza microprocesorului aproximativ 100 de MB/s de date pe secundă, memoria RAM poate furniza date şi la viteze de peste 9000 MB/s în cazul tehnologiei DDR3.

Tipuri de memorie RAM
Memoriile RAM actuale se încadrează în tehnologia de tip SDRAM acronim ce provine de la synchronous dynamic random access memory. Fără a intra în detalii tehnice să vedem care sunt tipurile de memorie care prezintă interes pentru noi, în funcţie de vechimea calculatorului de acasă.  Trebuie mentionat ca desi toate tipurile de memorii de mai jos folosesc tehnologia SDRAM – in vorbirea curenta prin memorii SDRAM se face referire la memoriile mai vechi caractestice sfarsitului anilor ’90, iar pentru celelalte tipuri de memorii foloseste doar denumirea scurta: DDR, DDR2 sau DDR3 fara  SDRAM.

• 
  SDR-SDRAM – Single Data Rate SDRAM – acest tip de memorie a facut cariera începând cu mijlocul anilor ’90 şi până în anii 2002 când încă se mai puteau achiziţiona calculatoare personale noi echipate cu sloturi de memorie SD-RAM. Chiar daca calculatoarele personale au abandonat acest standard , chipurile de memorie de tip SDRAM incă se fabrică pentru a echipa diferite dispozitive electronice unde viteza de lucru a memoriei interne nu prezintă importanţă. De exemplu multimedia player portabil sau un CD-Player este echipat cu un chip de memorie SDRAM
  
• 
  DDR SDRAM – Double Data Rate SDRAM sau DDR1 – primele memorii DDR au făcut echipă cu generaţia calculatoarelor de peste 1Ghz, acest prag fiind atins pentru calculatoarele destinate publicului larg în anul 1999. Prima placa de bază cu suport DDR a fost disponibilă în toamna anului 2000.  Pe piaţa calculatoarelor personale memoriile DDR au coexistat cu cele SDR, tranziţia către acest standard fiind încheiată abia când pe piaţa calculatoarelor personale nu sau mai găsit plăci de bază compatibile cu memoriile SD-RAM.
  
• 
  DDR2 SDRAM - Acest standard a devenit disponibil pentru utilizatori la jumătatea anului 2003.  Momentan sunt cele mai comune tipuri de memorie în rândul calculatoarelor personale.
  
• 
  DDR3 SDRAM - deşi anunţate încă din 2005 primele plăci de bază cu suport pentru acest tip de memorie au apărut în vara anului 2007. În prezent reprezintă cea mai performantă soluţie iar costurile de achizitie sunt apropiate de cele pentru generatia anterioara -DDR2.
  
• 
  DRDRAM sau Direct Rambus DRAM  - este un tip de memorie RAM mai putin popular in randul calculatoarelor personale. Acest tip de memorie a intrat pe piata PC-urilor personale in 1999 avand ca sustinator principal producatorul de microprocesoare american Intel. Datorita costurilor mai mari de productie acest tip de memorie nu s-a impus pe piata.  Tehnologia dezvoltata de firma RAMBUS si-a gasit totusi utilitatea in special in randul consolelor cum ar fi Nintendo 64 sau Sony Playstation 2 si 3.
  

Incompatibilități
Trebuie stiut ca fiecare generaţie de memorie RAM se deosebeste electric şi fizic faţă de generaţia anterioară. În practică aceasta înseamnă că nu putem folosi simultan doua tipuri de memorii RAM din generatii diferite, de exemplu SD-RAM împreuna cu DDR-RAM sau DDR2 împreuna cu DDR3. De asemenea, nu vom putea întroduce un modul de memorie DDR2 într-un slot de memorie DDR datorită existenţei unui element de protecţie cunoscut şi sub denumirea de “cheie”.

Cheia reprezintă o cavitate la baza modului de memorie poziţionată diferit de la o generaţie la alta care permite introducerea unui modul de memorie doar în poziţia corectă şi doar într-un slot de memorie compatibil.

ECC vs NON-ECC
Tot la capitolul incompatibilitati trebuie sa amintim si de memoriile ECC. Aceastea se deosebesc de memoriile obisnuite prin accea ca suporta un mecanism de corectie a erorilor -error-correcting code. Acest tip de memorii echipeaza in mod special serverele iar pretul per megabait este sensibil mai mare. Pentru utilizatorii obisnuiti achizitia de memorii ECC mai scumpe nu prezinta foarte mult interes motiv pentru care placile de baza obisnuite (destinate in special calculatoarelor ieftine) nu suporta acest tip de memorii.

Mai trebuie mentionat si faptul ca acest tip de memorii nu pot functiona alaturi de o memorie obisnuita non-ECC.

DIMM vs SO-DIMM
Memoria RAM destinata calculatoarelor personale de tip desktop este in acest moment in format DIMM (dual in-line memory module). Acest format a inceput sa inlocuiasca cu succes formatul SIMM (single in line memory module) odata cu aparitia calculatoarelor echipate cu procesoare Pentium. Memoriile in format DIMM indiferent ca sunt de tip SDR, DDR, DDR 2 sau DDR 3 au aceeasi lungime de 13.35 CM.

Memoriile in format SO-DIMM ( Small Outline – DIMM) sunt destinate calculatoarelor portabile si au dimensiunile reduse cu aproape 50%.  Pentru a reduce consumul de energie, factor critic în economia unui sistem portabil, memoriile SO-DIMM ruleaza in general la frecvente mai scazute fata memoriile folosite pentru desktop-uri.

Care este modalitatea de determinarea a memoriei RAM?
In mod traditional capacitatea memoriei RAM este afisata la pornirea calculatorului. Capacitatea memoriei este exprimata in general în kilobaiti, de exemplu in imaginea de mai jos 2096064K indica 2 gigabaiti de ram.

Putem verifica capacitatea memoriei RAM si din Windows. Pentru aceasta trebuie sa accesam dialogul System properties. Cel mai simplu mod de a accesa dialogul System properies este de a face un clic drepta pe iconita My Computer dupa care selectam Properties. (si mai simplu este daca retinem ca acelasi lucru obinem si prin combinatia de taste Windows + Pause)

Memoria RAM si capacitatea maxima
Capacitatea maxima a emoriei RAM dintr-un calculator este limitata de urmatorii factori:

• 
  capacitatea maxima adresabila suportata de chipsetul placii de baza
  
• 
  tipul procesorului folosit 32/64 bit
  
• 
  arhitectura sistemului de operare
  
• 
  si in sfarsit numarul de sloturi de memorie ram cu care este echipata placa de baza (in general variaza intre 2 si 6 sloturi)
  

Un calculator personal echipat cu hardware si software de ultima generatie poate avea la dispozitie si pina la 48GB de RAM.

Un calculator obisnuit ce ruleaza un sistem de operare pe 32 bit precum Windows XP sau Windows Vista poate accesa 4GB RAM (3,2 GB in practica).

Calculatoarele mai vechi pot adresa fie maxim 128/256/512MB RAM (gama Pentium, K5/K6) fie 1024 MB (1GB) sau mai mult incepand cu generatia Pentium II.
Memoria RAM şi viteza
Fiecare tip de memorie RAM este caracterizat de e o viteză de lucru sau lăţime de bandă care este direct proporţională cu cantitatea teoretică de date care poate fi transferată între microprocesor şi memorie. Cantitatea de date care poate fi manipulată la nivel teoretic face parte din cartea de vizită a oricarei memorii. Asadar un modul PC2100 are o viteză teoretică de lucru de 2100MB/s pe când un modul PC6400 de 6400MB/s (6,4GB/s).

Memoriile SDR SDRAM au o viteză cuprinsă între 66Mhz şi 133Mhz în mod standard. (PC66 = 66 MHz,  PC100 = 100 MHz,  PC133 = 133 MHz).

Atunci când vine vorba de memorii DDR, de orice tip, trebuie să ştim că specificaţiile ne sunt prezentate la o valoare dublă (DDR = double data rate)datorită modului de lucru al acestor tip de memorii. Totuşi nu toate operaţiile care sunt efectuate de memoria RAM sunt la viteză dublă motiv pentru care uneori, spre deruta noastră, se face referire şi la viteza nominală adică înjumatăţită.

DDR SDRAM (DDR	DDR2 SDRAM SDRAM	DDR3 SDRAM SDRAM DIMM
* PC1600 = 200 MHz * PC2100 = 266 MHz * PC2700 = 333 MHz * PC3200 = 400 MHz	* PC2-3200 = 400 MHz * PC2-4200 = 533 MHz * PC2-5300 = 667 MHz * PC2-6400 = 800 MHz * PC2-8000 = 1000 MHz * PC2-8500 = 1066 MHz * PC2-9600 = 1200 MHz	* PC3-6400 = 800 * PC3-8500 = 1066 * PC3-10600 = 1333 * PC3-12800 = 1600

Memoria virtuală
De ce este nevoie de memorie virtuală?

Memoria virtuală este o zonă de stocare temporară la care se apelează ori de câte ori un program necesită mai multă memorie RAM decât cea care se găseşte instalată într-un calculator.

Pentru ca memoria RAM să nu impiedice rularea unor programe atunci când această nu oferă suficient spatiu de stocare sistemul de operare completează foloseste spaţiul de pe hard disk ca o extensie a memoriei ram. Chiar dacă un calculator este echipat în realitate cu doar 64 de megabiţi de RAM, prin folosirea memoriei virtuale un program poate avea la dispoziţie până la 4 gigabaiţi de memorie. (in cazul unui sistem de operare pe 32 de biti)

Memoria RAM este volatila

Datele din memoria RAM dispar atunci când închideţi calculatorul sau ori de câte ori acesta nu mai este alimentat cu curent electric. Dependenţa memoriei RAM de un flux constant de electricitate face ca aceasta să intre în categoria memoriilor volatile.

Volatilitatea memoriei RAM poate provoca nemulţumiri şi dureri de cap dacă se pierd şi date care nu mai pot fi recuperate. Atunci când redactaţi un document caracterele pe care le introduceţi de la tastatură sunt stocate temporar în memoria RAM. Dacă la un moment dat calculatorul a rămas fără curent electric sunt foarte multe şanse ca ceea ce aţi scris să se fi pierdut.

Pentru a preveni astfel de evenimente este necesar să salvaţi cât mai des munca depusă într-un fişier pe hard disk sau pe un alt mediu de stocare. În acest fel, pierderile pe care le puteţi suferi pot fi reduse doar la munca depusă de la ultima salvare a datelor.

MODULUL 2: Sisteme de operare; Personalizarea SO Windows 8

Prin SISTEM DE OPERARE se înţelege un ansamblu de programe care gestionează activitatea calculatorului. Aceasta înseamnă că, în esenţă gestionează resursele calculatorului şi asigură interfaţa cu utilizatorul.

Microsoft WINDOWS este un sistem de operare ce realizează un mediu prin intermediul căruia se poate lucra cu calculatorul, mediu bazat pe imagini (pictograme) şi meniuri, organizate în casete denumite ferestre. Acest mediu este numit şi interfaţă grafică pentru utilizator.

Funcţiile sistemului WINDOWS:

• 
  gestionarea fişierelor - se pot afişa liste cu fişierele şi dosarele care există pe calculator, se poate efectua mutarea, copierea şi ştergerea lor
  
• 
  lansarea aplicaţiilor cu uşurinţă, folosind pictogramele şi meniurile
  
• 
  detectarea erorilor din sistem.
  

Suprafaţa de lucru a sistemului Windows:

• 
  Pictogramele - sunt simboluri care reprezintă programele (Word, Excel), fişiere, documente, grafice, informaţii despre calculator (hard-disc, dischetă);
  
• 
  Suprafaţa de lucru - zona de fundal pe care sunt plasate obiectele;
  
• 
  Indicatorul mouse-ului;
  
• 
  Butonul de Start - pentru lansarea meniului Start Pictogramele de pe suprafaţa de lucru;
  
• 
  My Computer - asigură accesul la o fereastră în care se poate vedea ce conţine calculatorul, informaţii despre unităţile de disc, Control Panel, lucrări programate spre executare şi imprimante;
  
•