Dupa cum am subliniat, aparitia microprocesoarelor a generat o schimbare radicala a conceptiei constructive a calculatoarelor si a determinat trecerea acestora într-o noua generatie evolutiva. Deoarece prezenta acestor sisteme de calcul a devenit un fapt obisnuit în cele mai diverse domenii ale societatii umane iar utilizarea lor este indispensabila pentru omul civilizatiei contemporane, vom încerca sa prezentam câteva din caracteristicile de baza ale acestor sisteme de calcul.
Microprocesorul este un circuit integrat pe scara larga care îndeplineste rolul unitatii centrale a unui calculator, echivalând functional cu câteva milioane sau chiar zeci de milioane de tranzistori.
Calculatoarele a caror unitate centrala este un microprocesor se mai numesc microcalculatoare sau - în limbaj uzual - calculatoare personale (personal computers) sau PC - uri. Calculatoare personale revolutioneaza utilizarea acestor dispozitive, datorita a cel putin trei caracteristici:
q pretul de cost scazut (stabil în jurul sumei de 1000 de dolari, la un nivel al performantelor de calcul din ce în ce mai ridicat), astfel încât ele pot fi cumparate de catre oricine, ca orice alt bun de consum;
q accesibilitatea utilizarii, chiar si de catre nespecialisti, astfel încât operarea cu PC - ul nu mai este apanajul exclusiv al unei caste de initati;
q
gabaritul
redus,
dimensiunile unui astfel de calculator permitând instalarea sa la serviciu
sau acasa, pe biroul de lucru. Mai mult, exista versiuni constructive
comparabile ca marime cu o servieta sau cu o agenda, sau chiar
si mai mici (palm -top), care -
dupa cum sugereaza si numele - pot fi utilizate asezate în
Figura 3.1. Structura generala a unui PC
În figura 3.1. este prezentata structura generala a unui PC. Structura prezentata este conforma cu modelul functional general al unui calculator, numit si arhitectura von Neumann. În consecinta, vom regasi modulele despre care am discutat în capitolul anterior: de intrare, de iesire, memoriile interna si externa, diversele perifericele.
Constructiv, operational si functional, aceste module au unele caracteristici particulare, a caror cunoastere o consideram de interes si utila pentru orice utilizator, tinând cont de raspândirea actuala a PC-urilor. Sa trecem în revista în paragrafele urmatoare câteva din aceste particularitati.
3.1. Elementele care determina performantele unui microprocesor
Reamintim ca microprocesorul (prescurtat - mp) reprezinta unitatea centrala a PC-urilor. Nu este scopul acestei lucrari sa abordam aspectele constructive si functionale ale acestuia, însa este util sa evidentiem câteva elemente de performanta care - evident - sunt determinante pentru calitatea performantei întregului calculator. Sintetic, elementele care determina performantele unui microprocesor sunt:
n viteza de lucru
n capacitatea maxima de adresare directa a memoriei interne
n setul de instructiuni
n tipul constructiv
Sa analizam pe rând fiecare din aceste caracteristici:
Viteza de lucru reprezinta volumul de instructiuni - masina (sau - mai riguros - de cicluri-masina) pe care mp le executa într-o secunda. Ea este determinata în principal de un parametru denumit frecventa ceasului intern. De aceea, la PC-uri, viteza nu este masurata uzual în mips (milioane de instructiuni pe secunda) ci în MHz (106 Hz), între cele doua marimi fiind evident ca se poate stabili o relatie de echivalenta: o instructiune masina este executata în mai multe cicluri - masina, fiecare ciclu dureaza un numar determinat de perioade (sau tacturi) de ceas, iar frecventa reprezinta inversul perioadei.
Ceasul intern este de fapt un oscilator care sincronizeaza prin impulsuri periodice traficul de semnale electrice desfasurat între circuitele elementare din microprocesor. Necesitatea acestei sincronizari apare datorita faptului ca semnalele electrice care vor fi prelucrate de catre unul din aceste circuite elementare trebuie sa fie aplicate la intrarea acestuia simultan, daca dorim ca la iesire sa se obtina rezultatul corect.
Daca tacturile de sincronizare ale ceasului ar lipsi, acest lucru nu se va întâmpla, deoarece fiecare din semnale trece - pâna sa ajunga la intrarea circuitului mentionat - printr - un numar diferit de alte circuite, unde prelucrarea lor implica de fiecare data o anumita "întârziere". Cum numarul de circuite prin care trece fiecare semnal este de obicei diferit, rezulta ca si întârzierile lor vor fi diferite, facând imposibila sincronizarea la intrarea circuitului urmator.
De aceea, cesul intern se comporta ca o "poarta", care prin "deschideri" periodice permite trecerea semnalelor pentru prelucrare, eliminându-se astfel posibilitatea aparitiei unor desinscronizari care ar altera corectitudinea logica a rezultatelor. Explicatia este evident intuitiva si un electronist ar putea sa o atace propunând o argumentatie mai savanta. Pentru utilizatori însa rolul cesului intern poate fi interpretat în sensul celor aratate mai sus.
Daca primele microprocesoare aveau frecventa ceasului de câtiva MHz (de exemplu, 6 MHz la Intel 8080), aceasta a crescut ulterior în permanenta, la nivelul anului 2001 valorile de 500 - 800 MHz fiind obisnuite, iar cele de 1 - 2 GHz fiind din ce în ce mai putin avangardiste.
Un alt element care determina viteza de lucru a microprocesorului este dimensiunea registrelor interne de lucru si a magistralei de date. Am aratat ca informatiile circula între diferitele componente ale calculatorului (UC, memorii, unitati de I/E, etc.) pe o anumita magistrala, iar microprocesorul (ca unitate centrala) poseda un numar de registre, destinate stocarii datelor asupra carora se efectueaza prelucrari la un moment dat. Aceste date pot fi coduri de instructiuni, adrese de memorie, operanzi (vezi capitolul I). Rezulta ca viteza de prelucrare depinde de "largimea " magistralei de transport (similar cu numarul de benzi de circulatie de pe o autostrada) si de "volumul" de stocare al registrelor. Pentru ca ne referim la fluxuri de informatii, aceste dimensiuni se masoara în biti.
Dimensiunea unui registru mai poarta numele de lungimea cuvântului procesorului (word size), fiind un parametru caracteristic important al acestuia. În argoul informatic, de multe ori se spune ca un microprocesor lucreaza pe x biti, subântelegându-se de fapt ca acesta are lungimea cuvântului (si deci dimensiunea registrilor) de x biti. În arhitecturile uzuale, se opteaza ca magistrala de date si registrii de lucru sa aiba aceleasi dimensiuni, pentru ca este de dorit ca "umplerea" sau "golirea" registrilor sa se faca printr-un singur transfer pe magistrala. Prima generatie de microprocesoare avea registre si magistrale de 8 biti. Generatiile urmatoare, dupa cum vom vedea, extind succesiv largimea cuvântului la 16, 32 si chiar 64 de biti.
Exista si situatii în care dimensiunile registrelor interne si ale magistralei de date sunt diferite (de exemplu, magistrala de 32 biti si registre de 16 biti). Aceasta solutie constructiva a fost adoptata din considerente de asigurare a compatibilitatii soft între doua generatii succesive de microprocesoare. Astfel, în momentul lansarii lui Intel 8086 (procesor pe 16 biti), acesta nu putea rula programele scrise pentru predecesorul sau (Intel 8080 - procesor pe 8 biti). Pâna când s-au gasit solutiile de compatibilitate, a fost construita o versiune hibrida (Intel 8088), care intern lucra pe 16 biti, dar efectua transferuri pe o magistrala cu capacitatea de 8 biti.
Un ultim element care influenteaza substantial viteza de lucru a microprocesorului este prezenta memoriei cache. Dupa cum deja stim, UC transfera în vederea prelucrarii date din MI, locatie cu locatie. Durata fiecarui transfer este o caracteristica a memoriei si se numeste timp de acces, fiind dependenta de tehnologia contructiva utilizata. Este evident ca un timp de acces mic creste viteza de lucru a calculatorului, dar micsorarea lui complica tehnologia si creste pretul de cost al memoriei. S-au cautat atunci si alte solutii pentru marirea debitului de transfer al datelor din memorie.
O solutie actuala de mare eficienta a acestei probleme este organizarea resurselor de stocare ale calculatorului într-o structura numita ierarhie a memoriei (figura 3.2). Se observa ca la baza acestei ierarhii sunt plasati suportii de memorie de mare capacitate, dar lenti, pe când la vârf se gasesc resursele cu cea mai mare viteza de transfer.
Figura 3.2. Ierahia memoriei
Plasarea, transferul si regasirea datelor în aceasta ierarhie a resurselor de stocare se face conform principiului localitatii: daca o data a fost referita de catre un program, atunci - cu o mare probabilitate - si cele stocate în locatii vecine vor fi referite în viitor (localitatea spatiala) si daca o instructiune de program a fost executata, atunci - cu o mare probabilitate - si cele plasate în vecinatatea ei vor fi executate în viitor (localitate temporala).
Memoria cache este o componenta a ierarhiei memoriei care functioneaza pe baza principiului localitatii. Constructiv, ea este o memorie ultrarapida (în raport cu memoria interna de tip RAM), cu o capacitate de stocare mai mica decât zona RAM a MI (de exemplu 256, 512 sau 1024 KB). O parte din memoria cache este plasata chiar în chip - ul microprocesorului (cache de nivel 1 sau L1), alta parte fiind alcatuita din circuite externe acestuia (cache de nivel 2 sau L2). Într-un modul cache datele si instructiunile pot fi stocate fie împreuna, fie separat (în cache de date, respectiv de instructiuni).
În memoria cache sunt transferate zone din memoria interna a calculatorului, care contin datele pe care unitatea centrala le va prelucra. Selectia acestor zone se face cu ajutorul unor algoritmi bazati pe principiul localitatii. Acestia asigura cu o mare probabilitate (peste 98%) prezenta în cache a datelor cerute de catre UC. Prin acest mecanism microprocesorul are la dispozitie permanent o "provizie" de date pe care le poate accesa mult mai repede (având în vedere viteza de transfer superioara din cache), astfel încât si el va lucra mai rapid.
Memoria cache era o componenta optionala în configuratia primelor PC - uri, însa variantele constructive actuale au adoptat definitiv aceasta solutie arhitecturala. Merita mentionat chiar faptul ca un microprocesor cu o frecventa mare de ceas poate fi totusi mai lent decât unul cu o frecventa mai mica, daca acesta din urma dispune de mai multa memorie cache.
Capacitatea de adresare directa a memoriei interne este o alta caracteristica definitorie a unui microprocesor. Este de dorit ca MI sa aiba o capacitate cât mai mare, pentru a putea stoca cât mai multe date si programe. Aceste informatii trebuie sa poata fi oricând regasite, prin adresele care sunt asociate celulelor elementare pe care le-am denumit locatii. Adresele locatiilor se construiesc de catre UC în registrele sale interne si se transmit pe magistrala de adrese. Daca dimensiunea unui registru este - spre exemplu - de 16 biti, iar o locatie are 8 biti, numarul maxim ce poate fi format în registru este 65535 (adica 215+214+..+21+1), ceea ce înseamna ca pot fi accesat direct un volum de circa 64000 locatii sau 64 KB de memorie. Acest exempu ne-ar putea face sa tragem concluzia (falsa, dupa cum vom vedea) ca un microprocesor pe 16 biti nu poate avea decât o memorie interna de 64 KB, pentru ca atât poate adresa direct prin registrele sale.
stim însa ca în realitate PC-urile aveau cel putin 1MB de RAM, astazi aceasta valoare putând ajunge la 32, 64, 128 MB sau chiar mai mult. Rezulta ca mecanismele de adresare sunt mai complicate, oferind solutii pentru a avea acces si în zonele de memorie "înalta" (de dincolo de limita adresarii directe). Pe exemplul de mai sus, un astfel de mecanism ar functiona astfel: memoria interna se împarte în segmente de câte 64 KB, fiecare segment având asociata o adresa de început, iar identificarea unei locatii de catre UC se face în doua etape. Mai întâi se transmite pe magistrala adresa segmentului, iar apoi adresa locatiei, plasata în acel segment. Prin aceasta solutie, câmpul maxim de adresare este substantial marit (64000 segmente a câte 64000 de locatii fiecare!). Dezavantajul solutiei consta însa în faptul ca se efectueaza doua calcule de adresa si doua transferuri pe magistrala, ceea ce înseamna - evident - consum suplimentar de timp si - implicit - scaderea vitezei de lucru a microprocesorului. Astazi însa aceasta problema a fost rezolvata în cea mai mare parte, PC -urile moderne având magistrale de adrese cu latimi de 32 sau 64 de biti, ceea ce înseamna capacitati de adresare directa de ordinul TB (terra bytes).
Setul de instructiuni reprezinta ansamblul "instrumentelor" cu ajutorul carora microprocesorul executa asupra datelor operatiile impuse de program (calcule aritmetice si logice, conversii, deplasari, rotatii, salturi etc.).
În arhitecturile clasice de calculatoare, se considera ca sistemul este cu atât mai performant, cu cât setul sau de instructiuni este mai bogat. Astfel de structuri se numesc cu set complex de instructiuni, sau cu arhitecturi CISC. Mai târziu, s-a constatat însa ca numai o mica parte din setul de instructiuni este utilizata de catre programe cu o mare frecventa. S-au obtinut astfel calculatoare cu set redus de instructiuni, sau cu arhitecturi RISC. Reducerea numarului de instructiuni din set nu duce, asa cum am fi tentati sa credem, la diminuarea performantelor, ba chiar dimpotriva, sistemele RISC sunt deseori mai performante decât cele CISC. Nu este scopul acestei lucrari sa intram în detalii, asa ca nu vom mai spune decât ca între cele doua arhitecturi are loc o competitie acerba, învingatorul fiind departe de a se contura. Totusi, asa cum s-a mai întâmplat si în alte situatii, este posibil ca în viitor solutia sa fie un compromis între CISC si RISC.
Lungimea cuvântului microprocesorului, mai precis dimensiunea si structura registrului de instructiuni (IR) determina caracteristicile setului. În general, acesta este împartit în mai multe câmpuri: codul operatiei, modul de adresare, adrese operanzi.
Lungimea câmpului cod operatie determina câte combinatii binare distincte pot fi asociate instructiunilor, cu alte cuvinte numarul acestora. Spre exemplu, un câmp de 8 biti suporta maxim 256 de coduri distincte pentru instructiuni.
Codurile din câmpul mod adresare desemneaza modalitatea de calcul a adreselor operanzilor implicati în instructiune. Fara a intra în detalii, sa amintim câteva dintre modurile de adresare mai frecvente: directa, indirecta, bazata, cu registri, indexata s. a.
Lungimea câmpului adrese operanzi determina de cele mai multe ori dimensiunea spatiului de memorie adresabil de catre instructiune.
În proiectarea setului de instructiuni trebuie sa se tina seama de necesitatea asigurarii compatibilitatii software între generatiile succesive de microprocesoare. Presupunem ca s-a construit un nou microprocesor - N, dotat cu un set de 500 instructiuni. Predecesorul sau V avea numai 100 de instructiuni. Toate programele scrise pâna în acest moment au folosit setul de 100 de instructiuni al lui V. Daca însa din cele 500 de instructiuni ale noului set al lui N lipseste o singura instructiune din setul vechi, atunci toate programele care o contin nu vor putea fi rulate pe N (acesta nu va sti sa o decodifice). S-ar putea pierde astfel, la fiecare noua aparitie a unui microprocesor, un urias volum de munca intelectuala, pentru ca vechile programe nu ar putea fi utilizate decât dupa o prealabila rescriere. Se impune deci ca setul de instructiuni al unui nou microprocesor sa contina obligatoriu - ca un subset - instructiunile microprcesorului predecesor. În acest fel se asigura portabilitatea programelor, adica posibilitatea acestora de a fi rulate pe generatii succesive de microprocesoare. În acest mod iau nastere si familiile de microprocesoare, ai caror membri pot fi programati de aceeasi maniera (utilizând un set comun de instructiuni de baza). Astfel de familii au dezvoltat companiile Intel (80x86), Motorola (68xxx), AMD s. a.
Nu întotdeauna însa instructiunile de calcul satisfac pe deplin cerintele de viteza ale unui microprocesor. Spre exemplu, înmultirea numerelor reale, reprezentate intern într-un format binar numit virgula flotanta (sau virgula mobila), este o operatie mare consumatoare de timp, indiferent de ce algoritm de calcul se utilizeaza.
În aceste situatii se recurge la circuite specializate, care executa numai o anumita categorie de operatii si pot fi (optional sau nu) atasate microprocesorului. Din aceasta cauza, ele au fost numite coprocesoare matematice. Pentru versiunile mai vechi, fiecare tip de microprocesor avea un dual al sau - coprocesorul. Ulterior, odata cu cresterea densitatii de integrare a circuitelor integrate, coprocesorul va fi inclus chiar în chip - ul microprocesorului, pentru cresterea eficientei utilizarii sale. Astfel, Intel adopta aceasta solutie începând cu generatia Intel 80486.
Tipul sau varianta constructiva constituie un ultim criteriu de apreciere al performantei unui microprocesor, asa cum un autoturism poate fi evaluat nu numai dupa caracteristicile tehnice propriu-zise, ci si dupa firma care l-a fabricat sau modelul prezentat.
Pe piata s-au impus doua mari familii arhitecturale de microprocesoare, ai caror "parinti" sunt firmele producatoare Intel si Motorola. Prin extensie, si calculatoarele personale sunt împartite în doua: cele compatibile IBM, dotate cu microprocesor Intel si cele compatibile Macintosh (sau Apple Macintosh), dotate cu microprocesor Motorola.
Pe piata europeana (si implicit pe cea româneasca) suprematia este detinuta de catre versiunile compatibile IBM, preferate de peste 95% din clientii acestui important segment de piata. Explicatia nu consta în nivelul lor superior de performanta, în comparatie cu PC -urile din familia Macintosh, ci în faptul ca sunt ceva mai ieftine, iar exigenta legilor de protectie intelectuala (copyright) - care reglementeaza accesul la softului de aplicatii - este mai redusa. Cel putin la inceputul extinderii utilizarii pe scara larga a PC -urilor, aceste reglementari mai putin riguroase au permis utilizatorilor sa-si procure programele si pe alte cai (mai putin "ortodoxe", dar mai ieftine) decât cele ale licentelor de distributie. Utilizarea PC - urilor din familia Macintosh este raspâdita mai ales în SUA si Canada. De aceea - si în aceasta lucrare - atunci când vom utiliza notiunea de PC sau vom analiza diferite caracteristici ale acestuia, ne vom referi implicit la un membru al familiei IBM.
Primul reprezentant al familiei Intel care a echipat un calculator personal a fost modelul pe 8 biti 8080. În 1978-1979 apar primele microprocesoare pe 16 biti - Intel 8086 si 8088 - urmate în 1984 de 80286. În 1986, modelul Intel 80386 este primul microprocesor pe 32 de biti. A urmat generatia 80486, care lucra tot pe 32 de biti, dar cu performante superioare, având încorporat coprocesor matematic si memorie cache L1 si executând instructiunile în modul pipe-line (banda de asamblare). Microprocesorul poate lucra intern la frecvente de ceas mai mari decât frecventa de lucru a magistralelor sale (astfel, 486DX lucreaza intern la aceeasi frecventa cu a magistralei - de obicei 33MHz - DX2 lucreaza la o frecventa dubla, iar DX4 la una de patru ori mai mare). Un chip 80486 continea 1,2 milioane de tranzistori într-un chip de 165 mm2.
Utilizând o arhitectura de baza similara cu 486, unele firme au lansat propriile lor modele de microprocesoare. Cele mai cunoscute sunt Cyrix (Cx486), AMD (Am486) sau IBM (IBM486).
Începând cu generatia 586, microprocesoarele Intel au fost denumite Pentium si înregistrate ca marca. Pentium I a fost lansat pe piata în 1993 si a fost primul microprocesor cu magistralele de adrese si date pe 64 de biti, care lucra initial la 60 MHz. Utilizând o noua tehnologie VLSI (BICMOS, cu un indice de integrare de pâna la 0.35 mm), chip -ul microprocesorului continea 3.1 - 3.3 milioane de tranzistori, având o suprafata de numai 294 mm2. Vitezele sale de lucru se situeaza între 100 - 140 mips, iar debitul de transfer al datelor la 60 MHz este de 528 MB/s.
Pentium are o structura interna superscalara, putând executa doua instructiuni într-un ciclu de ceas (procesarea acestora facându-se pe doua magistrale pipe - line) si dispune de doua unitati cache de nivel 1: una pentru date, iar cealalta pentru instructiuni. Alte modele compatibile cu Pentium sunt NexGen Nx586 si Cyrix M1, cât si modelul de tranzitie Pentium Pro.
Microprocesorul Pentium II (PII) - cu o arhitectura interna foarte asemanatoare cu arhitectura RISC, dar compatibila cu celelalte microprocesoare CISC din seria 80x86 - este realizat în tehnologie BICMOS, înglobând într-o capsula considerata "enorma" (306 mm2 suprafata, 287 de pini) circa 6 milioane de tranzistori. Frecventele sale de lucru variaza între 233 si 450 MHz. La 150 MHz, viteza sa de lucru este de 132 mips. PII dispune de cache L1 si L2 si este dedicat în special aplicatiilor multimedia. De aceea, setul sau de instructiuni poate contine unele speciale, numite MMX (multimedia instructions). Acestea permit prelucrarea datelor în modul SIMD (single instruction stream, multiple data stream), adica o singura secventa de program prelucreaza simultan mai multe siruri de date. Procesoarele care lucreaza in acest mod se numesc Pentium II MMX.
Pentium II a fost dezvoltat spre trei linii de produse. Prima este Celeron, o varianta mai ieftina, care fie nu are de loc, fie are un cache L2 cu o capacitate mai mica. Urmasul sau, Mendocino, are cache-ul L2 intern. Pentium II Pro este orientat spre servere si statii de lucru.
În urma fuzionarii firmelor Nexgen si AMD, începe fabricarea microprocesoarelor din familia AMD Kx (K5, K6, K6-2). Concurenta dintre marile firme producatoare este relansata si pentru prima data, în 1996 Intel va fi detronat din pozitia de lider al performantei de catre modelul Cyrix 6x86 P200?+. dupa preluarea lui Cyrix de catre IBM (1996), firma va realiza destul de repede replici la fiecare produs Pentium.
Replica AMD la Pentium a fost în prima instanta microprocesorul 586 DX5 la 133 MHz, înlocuit însa rapid, datorita performantelor inferioare, de modelul K5, un procesor RISC performant, incompatibil însa cu familia Intel. Modelul urmator - AMD K6 - este realizat în tehnologie de 0.25 mm (contine 8.8 - 9.3 milioane de tranzistori), beneficiind de o arhitectura superscalara de tip Super7, care ofera printre altele: memorie cache de nivel 3, debit pe magistrala de 800 MB/s, port grafic AGP si sapte unitati de executie în paralel a instructiunilor (doua pentru operatii cu întregi, doua pentru transfer de date cu memoria, una pentru instructiuni MMX, una pentru calcule în virgula mobila si ultima pentru rezolvarea instructiunilor de salt în program).
La sfârsitul anului 1997, AMD lanseaza - în colaborare cu firma DEC, un nume cunoscut în lumea RISC - procesorul K6-2 3D, iar în 1999 - procesorul K7. Primul dintre ele implementeaza arhitectura 3Dnow!, introdusa pentru cresterea puterii de calcul în aplicatii din domenii noi ale tehnicii de calcul, precum grafica, multimedia, recunoasterea vorbirii, utilizarea discului video digital, procesarea audio de înalta performanta, conceperea paginilor de WEB sau programele de proiectare asistata si educationale.
Procesorul Pentium III este, evident o dezvoltare a predecesorului PII, preluând de la acesta toate trasaturile specifice arhitecturii P6, dar putând lucra si în arhitecturi duale (cu doua unitati centrale pe acelasi circuit). Efortul proiectantilor s-a concentrat asupra cresterii performantelor pentru aplicatiile din domeniile mentionate mai sus. Pastila sa de siliciu contine circa 9.2 milioane tranzistori, realizati în tehnologia de 0.25 mm. Procesorul dispune de instructiuni MMX si facilitati de prelucrare SIMD, putând adresa pe cele doua magistrale 4 GB de memorie cache (practic, L1 are 512 KB, iar L2 - 1MB) sau 64 MB de RAM. În premiera, Intel introduce la acest microprocesor numarul unic de identificare (CPUID - Central Processing Unit Identification Number), ceea ce permite, printre altele, sporirea gradului sau de protectie, eliminarea de pe piata a produselor contrafacute si identificarea calculatorului prin software, utila în efectuarea tranzactiilor de comert electronic. Procesorul Pentium III Xeon este o dezvoltare a arhitecturii PIII, destinata serverelor de retea sau Internet.
Un concurent serios pentru PIII este AMD K6-III. Acest microprocesor introduce conceptul de cache pe trei nivele (Trilevel Cache), dintre care primele doua sunt interne.
Competitia pentru realizarea unor microprocesoare cât mai performante continua. Se fac cercetari pentru utilizarea unor noi materiale semiconductoare, în scopul reducerii timpilor de comutatie ai tranzistorilor, cresterea densitatilor de integrare si a frecventelor de lucru. La momentul actual, acestea sunt încurajate de trecerea la utilizarea industriala a tehnologiei de 0.18 microni.
Înainte de a incheia aceasta prezentare, as dori totusi sa remarcam un aspect: ne-am obisnuit sa-i invidiem pe colegii care îsi achizitioneaza PC-uri "ultima moda" si care le lauda - pe buna dreptate- cu performantele hardware ale acestora. Însa nu trebuie sa uitam nici un moment ca un calculator este adevarat "tare" numai daca este "încarcat" cu pachete de programe puternice si diversificate. Altfel, invidia initiala se poate transforma usor în zâmbet ironic, daca un Pentium II este utilizat numai pentru jocuri, redactarea corespondantei sau - mai trist - ca element de mobilier în biroul unui manager, al unui politician sau al unui înalt functionar administrativ (situatii care mai pot fi inca întâlnite si în România zilelor noastre).
3.2. Placa de baza a unui PC
Din punct de vedere constructiv, microprocesorul este montat împreuna cu circuitele integrate ale memoriei interne si cu alte circuite specializate pe o singura placa, numita de baza (de sistem sau motherboard). În figura 3.3 este prezentat schematic un exemplu de dispunere a acestora ( conform cu [5]).
Placa de baza este elementul în jurul caruia se construieste întreaga arhitectura a PC - ului, asigurând integrarea componentelor acestuia într-un ansamblu functional. Principalele componente instalate pe placa de baza a unui PC sunt:
soclul microprocesorului - permite instalarea procesorului sistemului, asigurând conditii bune pentru ventilarea si racirea acestuia. Caracteristicile sale determina tipurile de microprocesoare care pot fi utilizate pe acel tip de placa;
soclurile pentru
memorie -
stabilesc numarul de module de memorie si tipul acestora. Circuitele
integrate de memorie care se introduc direct în socluri se numesc DIP (Dual Inline Package), iar placutele
cablate care contin astfel de circuite si se introduc ele în soclu se numesc SIMM (Single Inline Memory Modules) sau
barete de memorie
Figura 3.3. Dispunerea componentelor pe placa de baza
sloturile pentru extensii - sunt conectori care permit legarea unor dispozitive la magistrala sistemului (în numar de 4 pâna la 8). În functie de tipul acestui dispozitiv, si conectorii sunt diferiti: IDE pentru hard disk, compact disk si floppy disk, SCSI pentru compact disk, hard disk sau plotter, PCI pentru interfata video sau placile de sunet;
portul AGP - este, la procesoarele moderne, un slot pentru interfata grafica;
chipsset -ul - este un set de circuite conexe care permit configurarea placii de baza, stabilesc diferite compatibilitati si determina functionarea corecta a procesorului si a magistralelor acestuia;
circuitul ROM BIOS - este memoria care contine nucleul sistemului de operare, cel care determina functiile de baza ale acestuia. Tot aici sunt înregistrati diversi parametri de configurare ai sistemului de calcul;
soclurile pentru cache - permit montarea circuitelor L2 ale acestei memorii;
ceasul placii de baza - stabileste frecventele de lucru necesare procesorului si magistralei. Valorile acestora pot fi setate diferit, între anumite limite, cu ajutorul unor jumpere;
conectorii de alimentare - leaga sursa de alimentare la placa de baza, asigurând tensiunile de alimentare necesare functionarii unor componente ( de obicei 5 si 12 V). Pentru obtinerea unor tensiuni de alimentare mai mici, placa de baza contine divizoare de tensiune;
conectorii externi - permit, pentru versiunile mai vechi, legarea tastaturii, mouse-ului sau imprimantei. La sistemele mai noi, si interfetele seriale sau paralele au conectori pe placa de baza;
conexiunile de afisaj - permit efectuarea unor legaturi între placa si panoul frontal al carcasei calculatorului, care activeaza led-urile martor ale tensiunii de alimentare, functionarii hard diskului de reset;
comutatoarele - sunt reprezentate de catre jumpere si switch-uri, fiind folosite pentru activarea sau inhibarea diferitelor moduri de lucru ale componentelor sistemului de calcul;
elementele de montaj - permit fixarea mecanica a placii de baza în carcasa calculatorului.
Placile de baza moderne sunt de tip plug&play (PnP), ceea ce înseamna ca ele pot detecta automat arhitectura si componentele sistemului, nemaifiind necesara setarea configuratiei acestuia prin comutatori.
Tipurile de placi de baza sunt legate în principal de dimensiunile acestora, care determina amplasamentul componentelor si tipul de carcasa utilizat. Cele mai cunoscute tipuri sunt: placa AT standard (12 x 13.5"), realizata într-o mare gama de variante constructive, placa baby-AT (8.7 x 13"), placa LPX, identica cu AT, dar cu o asezare diferita a conectorilor (permite carcase mai mici, numite slim size) sau placa ATX (cu aceleasi dimensiuni ca baby-AT), cel mai recent standard impus din 1996 de catre Intel.
Placa de baza a PC -ului trebuie aleasa în functie de tipul chipset-ului si numarul de sloturi de extensie, astfel încât sa permita dezvoltarea ulterioara a acestuia, numita up - grade.
3.3. Memoria interna
Despre rolul acestui modul functional nu mai sunt de spus prea multe lucruri, fata de ceea ce am discutat la structura generala a unui calculator. Câteva caracteristici pot fi însa subliniate.
Capacitatea de stocare uzuala este pentru PC-urile actuale de 32, 64 sau 128 MB. Prin adaugarea pe placa de baza a noi cipuri RAM, aceasta capacitate poate fi crescuta (memoria calculatorului poate fi si ea "up-gradata").
Din punct de vedere functional, MI este formata dintr-o parte RAM si o alta ROM. Partea volatila - RAM - este destinata stocarii datelor si programelor ce vor fi procesate (de aceea se mai numeste memorie de lucru), iar partea remanenta - ROM - este înscrisa de producator cu programe care servesc bunei functionari a sistemului de calcul (componenta BIOS a sistemului de operare al PC - ului). O zona a memoriei RAM, numita CMOS este alimentata permanent de un mic acumulator, asfel încât datel stocate aici pot fi modificate, dar nu se mai pierd la scoaterea de sub tensiune a calculatorului. Aici sunt pastrate o serie de informatii importante pentru functionarea calculatorului (ca - de exmplu - parola sistem, data si ora curenta, informatii despre configurarea sistemului s.a.).
Circuitele de memorie RAM sunt realizate în doua tehnologii diferite: DRAM (dynamic RAM) si SRAM (static RAM). Circuitele DRAM sunt realizate din celule elementare (care stocheaza un bit de informatie) de tip condensator. Din aceasta cauza, pentru pastrarea sarcinilor electrice ale acestor celule, este necesara o operatie periodica de înprospatare, numita refresh. Efectuarea refresh-ului duce la cresterea timpilor de acces la informatiile din memoria DRAM, acestia atingând valori de 60 - 80 ns. Circuitele SRAM sunt formate din celule elementare care au la baza tranzistori, astfel încât nu mai sunt necesare operatiile de refresh. În consecinta, circuitele SRAM sunt mai rapide, asigurând timpi de acces de 10 - 15 ns.
Deoarece tehnologia de obtinere a memoriilor DRAM este mai ieftina decât cea a celor SRAM, cea mai mare parte a memoriei de lucru este de primul tip. Circuitele SRAM sunt utilizate mai ales pentru modulele cache de nivel 2. Sloturile în care se monteaza circuitele DRAM ale memoriei interne sunt grupate în bancuri. În sloturile aferente unui banc nu pot fi montate decât circuite de acelasi tip. Bancurile de memorie, al caror numar variaza între 1 si 4, permit optimizarea acceselor si cresterea vitezelor de transfer, prin utilizarea unei tehnici numita întretesere (interleaving). În conformitate cu ea, în timp ce procesorul citeste sau scrie o data într-unul din bancuri, în cel pereche se efectueaza refresh-ul, câstigându-se astfel un timp substantial.
3.4. Memoria externa
Am amintit ca principalii suporti de memorie externa sunt cei magnetici, reprezentati de discurile si benzile magnetice. Proprietatile de baza ale acestora sunt:
nevolatilitatea - informatiile stocate nu se pierd la scoaterea de sub tensiune a echipamentului, asa cum se întâmpla la memoria RAM. Datele stocate se pot sterge numai prin comanda utilizatorului;
stocarea magnetica -se refera la tehnicile de memorare si de citire a informatiilor, bazate pe exploatarea proprietatatii de histerezis magnetic a unor materiale, depuse pe suportul de stocare. Intuitiv, aceasta este similara cu cea a înregistrarii sau redarii la un casetofon;
amovibilitatea suportilor este proprietatea acestora de a putea fi înlocuiti în dispozitivul de stocare. Exceptând hard-diskul, care - dupa cum vom vedea - este un suport inamovibil (de aceea el mai este impropriu denumit si disc fix), celelalte dispozitive magnetice de stocare permit schimbarea suportului de memorare montat pe echipament. În acest fel, utilizând un numar corespunzator de elemente de stocare, se poate creste capacitatea de memorare oricât de mult. Pentru pastrarea suportilor înregistrati se organizeaza arhive, care se vor numi magnetoteci, bandoteci sau .discoteci;
accesul direct sau cel secvential se refera la metoda de cautare si regasire a informatiilor stocate. Accesul secvential este specific benzilor magnetice, unde o înregistrare se regaseste dupa parcurgerea tuturor predecesoarelor ei (asa cum o secventa de pe o caseta video se gaseste derulând rapid banda pâna la imaginea dorita). Deorece metoda implica un mare consum de timp pentru cautare, pe benzi se înregistreaza uzual numai arhive de date, care la prelucrare vor fi transferate pe disc. Accesul direct este specific discurilor. Pe acesti suporti informatiile au o organizare fizica specifica (pe care o vom prezenta putin mai târziu), care permite calculul direct al adresei ce trebuie accesata. Pozitionarea capetelor de citire /scriere se face direct pe zona dorita, oarecum similar cu pozitionarea capului de redare pe un disc de pick-up. Accesul direct nu îl exclude pe cel secvential, asfel ca pe disc tipul de acces depinde si de natura prelucrarilor (citirea unui fisier sau ascultarea unei melodii este secventiala, pe când cautarea unei anumite înregistrari în acel fisier impune accesul direct).
Vom prezenta în continuare sumare descrieri ale principalelor tipuri de echipamente externe de stocare.
Discul de masa este stramosul comun al
hard disk-urilor si floppy disk-urilor, fiind utilizat de catre
generatiile de calculatoarele predecesoare PC-uri. Conform figurii 3.4, este
alcatuit dintr-un numar de platane
din aluminiu (de obicei 10) acoperite cu
material magnetic, montate rigid pe un ax central. Ansamblul se numeste pachet (sau pila disc). Între
platane exista un spatiu care sa permita deplasarea
capetelor de citire/scriere, care sunt montate rigid pe un mecanism mobil de
acces. Fiecarui platan îi corespund doua capete, corespunzatoare
celor doua fete ale acestuia. Pachetele sunt demontabile, ele putând
fi înlocuite manual pe unitatea de disc. În timpul functionarii, pachetul
este antrenat de catre un motor într-o miscare de rotatie, la o
turatia uzuala de 3600 rot/min, în timp ce mecanismul de antrenare al
capetelor deplaseaza printre platane ansamblul acestora, radial
fata de axul central. Printr-un sistem pneumatic, capetele sunt
mentinute în permanenta deasupra suprafetelor discului de o
perna de aer cu o grosime foarte mica. Atingerea accidentala de
catre acestea a suprafetei discurilor (la o întrerupere de tensiune,
de exemplu) provoaca avarierea
definitiva
atât a lor cât si a pilei montata pe unitate.
Figura 3.4. Discul de masa
Capacitatea de stocare a unui singur pachet era cuprinsa între 40 si 200 MB, dar prin utilizarea mai multor pile disc, volumul datelor stocate putea fi mult mai mare, cu toate ca nu puteau fi utilizate în acelasi timp.
Discurile
magnetice sunt suporturi de stocare a informatiilor adresabile. În figura 3.5 este ilustrata organizarea
fizica a datelor, care permite calculul de adresa. Informatia
este înscrisa pe un numar de zone circulare concentrice numite piste, plasate pe ambele fete ale
platanelor. La rândul lor, pistele sunt împartite în mai multe sectoare. Totalitatea pistelor de
aceeasi raza dintr-un pachet formeaza un cilindru. Puem spune deci ca un disc are x cilindri, fiecare cilindru având y piste, iar fiecare pista având n sectoare. Capacitatea obisnuita de stocare pe un sector
este 256 sau 512 bytes. Din acest mod de organizare rezulta ca
pozitionarea capetelor de citire/scriere se face la un moment dat pe un
cilindru, iar cea mai mica
cantitate de informatie care poate fi adresata si
transferata odata de pe disc este sectorul (asa cum la memoria
interna
era
locatia).
Figura 3.5. Adresarea fizica la hard disk-uri
Timpul de
acces necesar pentru efectuarea acestui transfer elementar este alcatuit
din suma între timpul de pozitionare al capetelor pe pila si cel
de citire/scriere propriu-zise. Datorita dispozitivelor mecanice de
miscare a capetelor, primul timp este destul de mare (de ordinul
milisecundelor). Încercarea de a construi discuri de masa cu mecanism de
acces al capetelor fix - cu toate ca duce la cresterea vitezei de
transfer - conduce la o structura prea complicata (daca
numarul de piste este - de exemplu - 400,
unitatea de disc trebuie prevazuta cu 400 de capete de citire/scriere, câte unul pentru fiecare
pista). Astfel de solutii sunt utilizate numai în cazuri foarte rare.
Hard-diskul (HD) este principalul suport de memorie externa pentru PC-uri
si unele minicalculatoare. Constructiv, un HD este un ansamblu de platane
montate rigid pe un ax central (similar cu pila discului de masa) care,
împreuna cu grupul de capete de citire/scriere, este introdus într-o
capsula închisa ermetic, pentru asigurarea protectiei împotriva
patrunderii impuritatilor (figura 3.6). Diametrul platanelor
este de 3 1/2" sau mai mic (pentru variantele miniaturizate destinate
laptop-urilor). Constructia încapsulata face din HD un suport
inamovibil, caracteristica
amintita
mai înainte.
Figura 3.6. Un hard-disk
Uneori, hard diskul este numit si disc Winchester. Numele nu apartine nici constructorului, nici firmei producatoare, ci reprezinta o consecinta a campaniei publicitare de lansare a echipamentului: atunci, fiabilitatea sa era comparata cu cea a mitralierei Winchester, despre care se spunea ca nu se strica niciodata. Principiul de organizare fizica a datelor pe HD este identic cu cel pentru discurile de masa: piste circulare concentrice împartite în sectoare. Notiunea de cilindru est mai rar folosita. În ceea ce priveste capacitatea de stocare, daca primele modele aveau 10,20,40 MB, astazi s-a ajuns la câteva zeci de GB. La PC-uri, HD poate fi montat ca unitate de stocare interna (varianta uzuala) sau ca sistem extern (care se poate cupla la un calculator numai atunci când trebuie transferate datele).
Caracteristicile hard disk-urilor sunt importante, deoarece ele influenteaza în mare masura performantele calculatorului. În majoritatea cazurilor, utilizatorul este interesat numai de capacitatea sa, dar pentru unele aplicatii mai pretentioase este utila cunoasterea si a altor parametri:
rata de transfer - reprezinta volumul de informatii care poate fi transferat în unitatea de timp si se masoara în MB/secunda;
timpul mediu de acces - reprezinta timpul dupa care informatia este disponibila utilizatorului, masurat din momentul lansarii cererii. Valorile medii ale acestuia variaza astazi între 15 si 200 ms;
capacitatea de stocare - este exprimata în GB. Mentionam ca între capacitatea discului neformatat si acelui formatat exista mici diferente;
viteza de rotatie - are valori cuprinse între 5000 si 10000 rpm (rotatii pe minut) si poate influenta serios volumul de date transferate, dincolo de problemele speciale de echilibrare dinamica care pot aparea;
gabaritul - este dat de dimensiunile externe ale discului. Uzuale sunt pilele de 3.5", dar laptop-urile si notebook-urile sunt echipate cu unitati de 2.5".
Înainte de a fi exploatate, hard disk-urile trebuie sa treaca printr-un proces de pregatire, numit formatare. Aceasta consta în urmatoarele etape:
formatarea fizica (low-level), proces prin care sunt delimitate pistele si sectoarele si sunt înscrise înformatiile de sincronizare si control pentru fiecare sector;
formatarea logica (high-level), proces prin care se înscriu informatiile specifice sistemului de operare;
partitionarea, proces prin care pe un singur suport fizic se pot defini mai multi suporti logici.
Mentionam ca formatarea fizica este efectuata de catre producator. Formatarea logica este efectuata de catre utilizator si atunci cand discul a fost utilizat în prealabil, operatia duce la pierderea ( de obicei ireparabila) a tuturor informatiilor de pe disc. Partitionarea este utila atunci cand utilizatorul, de exemplu, lucreaza alternativ cu mai multe sisteme de operare.
Floppy-disk-ul (FD), discul flexibil sau discheta, cum ne-am obisnuit sa îl numim uzual, este - pentru utilizatorii PC-urilor - cel mai popular suport de memorie externa. Acest suport de stocare consta dintr-un disc de material plastic (mylar), acoperit cu strat de oxizi cu proprietati magnetice. El este introdus într-o anvelopa de protectie din hârtie sau material plastic. În unitatea FD, un motor pas cu pas antreneaza discul în miscare de rotatie, numai atunci când se transfera date, pe când capul de citire/scriere vine în contact cu suprafata magnetica.
Pentru a putea fi utilizata, discheta trebuie de asemenea formatata. Capacitatea de stocare pentru FD-ul de 3 1/2" este standardizata si are valoarea de 1,44 MB. Informatia este organizata fizic în 80 de cilindri, cu 18 sectoare pe pista si 512 KB capacitatea unui sector. Trebuie retinut ca la orice tip de disc magnetic, volumul de date stocat nu depinde de dimensiunea acestuia, ci de densitate de înregistrare, reprezentând numarul de biti memorati pe o portiune de pista cu lungimea de un inch.
În configuratiile obisnuite, un PC avea doua unitati de FD, respectiv câte una pentru fiecare dimensiune constructiva. Treptat, unitatea de 5 1/4" a fost eliminata, în locul ei fiind introdusa în configuratia PC - ului unitatea de CD-ROM.
Figura 3.7. Floppy-disk - uri
Deoarece aproape fiecare dintre noi utilizam sau purtam cu noi dischete continând diverse informatii (de la programe de calcul la ....mersul trenurilor) este bine sa reamintim câteva reguli de pastrare a acestora. Astfel, suprafata magnetica nu trebuie atinsa sau zgâriata si trebuie protejata împotriva prafului sau a impuritatilor de orice fel. FD-urile nu se depoziteaza în apropierea unor surse de câmpuri electromagnetice, fie ele motoare electrice, televizorul sau statii de amplificare audio. Trebuie evitata pastrarea dischetelor la temperaturi extreme (prea joase sau foarte înalte), expunerea lor îndelungata la radiatia ultravioleta si - nu în ultimul rând - trebuie renuntat la scrierea pe anvelopa de protectie (atunci când este necesar, putem folosi eticheta aplicata pe disc si destinata special acestui scop).
În încheierea acestei prezentari, sa nu uitam ca - dincolo de utilitatea sa incontestabila - floppy disk-ul este si principalul suport pentru transportul de la un calculator la altul al virusilor. De aceea, precautia de a scana cu un program antivirus orice discheta cu informatii noi pe care dorim sa o folosim nu este niciodata exagerata, ba chiar trebuie considerata obligatorie.
În configuratiile de PC -uri au fost folosite pe scara mai redusa si alte tipuri de discuri magnetice. Dintre acesti suporti magnetici auxiliari de stocare mentionam:
discul cartridge - utilizat la PC-uri si minicalculatoare, are o capacitate comparabila cu a HD - ului, însa este amovibil, întocmai ca un FD. Discul propriu-zis de 3 1/2 " este introdus într-o capsula de protectie rigida si este manevrat întocmai ca o discheta. Principalul dezavantaj îl constituie pretul de cost ridicat: circa 100$ discul si 2000$-3000$ unitatea cartridge.
hard-card-ul este la PC-uri o extensie a hard-disk-ului, fiind de fapt un alt hard-disk împreuna cu circuitele sale de interfata, care poate fi montat pe placa de baza a calculatorului, obtinându-se o crestere a capacitatii de stocare pentru sistemele care necesita acest lucru.
RAM-disk-ul si cache disk-ul sunt utilizati ca modalitati de extindere a memoriei interne, deci sunt echipamente de stocare intermediare între aceasta si discurile clasice. Viteza de transfer a datelor este de 50 pâna la 200 de ori mai mare decât de pe HD. Comunicarea cu UC se face prin placi de interfata speciale sau emulatoare soft.
Banda magnetica a reprezentat în trecut principalul suport de memorie externa pentru calculatoare. Acum, aceasta suprematia a fost pierduta, mai ales din cauza accesului lent la informatii, de tip secvential si neadresabil. Benzile sunt înca folosite de catre calculatoarele mari, sub forma unor role de diametrul de 10 1/2" care contin de obicei 750 metri (2400 picioare) de banda cu latimea de 1/2". Informatiile se scriu longitudinal, de obicei pe opt piste simultan, cu o densitatea de scriere de 6250 bytes/inch.
Versiunile benzilor magnetice utilizate pentru PC-uri se numesc casete magnetice (streamer). Ele au dimensiuni mai mici, comparabile cu o caseta video si pot stoca de la sute de MB pâna la câtiva GB de date, fiind utilizate pentru arhivarea datelor de pe hard-disk-uri. Se realizeaza astfel copii de siguranta sau backup-uri. Exista si versiuni care utilizeaza o tehnica originala de înregistrare, ce consta în scrierea transversala a benzii, atingându-se capacitati de 2 GB.
Unitatile de stocare alternativa sunt dispozitive care - cu toate ca nu ameninta suprematia suportilor magnetici de stocare externa - reprezinta solutii demne de luat în seama pentru marirea capacitatii memoriei externe a calculatorului personal. Nivelul lor de acceptare tinde astazi catre unanimitate, odata cu eliminarea unor reticente legate mai ales de prejudecati decât de disfunctionalitati reale. Sa le prezentam pe cele mai interesante:
Compact discul (CD-ROM) este considerat dispozitivul cu cel mai profund impact asupra tehnologiilor de stocare externa, îndeosebi pe PC - uri. Lansat în anii '90, compact discul a fost dezvoltat de firmele Sony si Phillips, mai întâi pentru înregistari audio, apoi si în varianta digitala. El utilizeaza tehnologia laserilor pentru scrierea si citirea datelor, ceea ce permite obtinerea unor densitati de stocare a informatiei foarte mari, comparabile sau chiar mai mari decât cele ale discurilor clasice. Unitatea de CD s-a ieftinit foarte mult în ultimii ani si a devenito componenta curenta a arhitecturii fiecarui calculator.
Dupa cum sugereaza si numele, CD-ROM - ul este un periferic de memorare externa de tip read only, adica poate fi numai citit. El are aspectul si gabaritul unui floppy disk, dar capacitatea de stocare este comparabila cu a unui hard-disk, în conditiile unor timpi de acces de câteva ori mai mari. Dezavantajul major, dat de faptul ca CD-ul nu poate fi decât citit, este compensat prin faptul ca el este ieftin si deosebit de fiabil. Folosirea lui a fost impusa si de producatorii de software, care difuzeaza astazi pe CD atât produsele lor, cât si documentatia aferenta. CD-ROM - ul este prin excelenta un suport de stocare multimedia, pentru ca poate contine simultan date, imagini si muzica. De aceea, utilizatorii îl mai numesc si "enciclopedie electronica" si îl considera astazi indispensabil pentru dezvoltarea si exploatarea unor astel de aplicatii.
Fizic, compact discul este un suport cu diametrul de 4.5", dotat cu un orificiu interior de angrenare cu diametrul de 1.5 cm. El este realizat din policarbonat acoperit cu aluminiu (stratul activ) si protejat cu un invelis din plastic transparent. Scrierea informatiei se face în spirala, lungimea desfasurata a acesteia fiind de aproximativ 5 km. Informatia ocupa o cavitate de circa 0.12 microni, iar distanta între spire este de 1.6 microni. Capacitatea unui astfel de disc este de 640 MB, ceea ce înseamna, de exemplu. 74 de minute de muzica înregistrata la cea mai inalta calitate, sau 500 000 de pagini tiparite sau echivalentul a 450 de dischete. CD - ul este inscriptionat de catre producator, printr-un procedeu de multiplicare prin matritare al unui prototip numit master. Informatia înregistrata nu se altereaza, fiind garantata un timp foarte îndelungat.
Citirea înformatiei de pe CD - uri se face cu un fascicul de lumina focalizata (laser) de energie redusa. Pentru a asigura citirea spiralei de informatie cu o viteza liniara constanta, trebuie sa se modifice viteza unghiulara a discului, implicit deci si viteza de rotatie a discului în unitate (sunt necesare viteze mai mari când se citesc zone mai apropiate de centrul discului). De aceea, informatiile utile sunt grupate în blocuri, între care se gasesc spatii numite gap-uri, unde se înscriu informatiile de sincronizare si corectie a erorilor.
Citirea este caracterizata de un parametru numit rata de transfer, care masoara cantitatea de informatie care se transfera în unitatea de timp. Din punct de vedere comercial, acest parametru este evidentiat printr-un factor de multiplicare fata de o valoare standard de a ratei de transfer, considerata a fi 150 KB/s. Sa remarcam totusi ca o unitate cu viteza 48X nu are o rata de transfer direct proportionala cu aceasta valoare, ci mult mai mica.
În ultimul timp au aparut CD-urile reinscriptibile. Acestea pot fi inscriptionate de catre utilizator, fie o singura data, fie de mai multe ori. Din prima categorie fac parte discurile optice CD-R sau cele denumite WORM (Write Once Read Many), iar dintr-a doua, discurile CD-RW (rewritable CD).
Inscriptoarele de CD permit scrierea informatiei pe un suport gol (blank), dupa ce aceasta a fost pregatita în prealabil pe HD. Unele tipuri permit copierea si de pe un alt CD. Metodele de scriere a CD-urilor sunt standardizate. Cea mai simpla este track at once (scrierea unei singure piste). Metoda disc at once permite o scriere continua a întregului disc, iar metoda track multisession permite revenirea pentru scriere în mai multe sesiuni de lucru pe acelasi CD.
În domeniul aplicatiilor multimedia, CD-urile de mare capacitate, care contin text, grafica, imagini video, au devenit indispensabile. Astfel a aparut DVD-ul (Digital Video Disk). Acesta are o capacitate standardizata de 4.7 GB, care permite memorarea unui film de 135 minute. Exista si standarde pentru capacitati de 8.5 GB (240 minute de film), 9.4 GB (266 de minute) sau chiar 17GB (480 de minute). Industria cinematografica a adoptat DVD -ul, deoarece producerea si multiplicarea unui astfel de disc este mult mai ieftina decât multiplicarea pe videocaseta, suportul este mai fiabil si mai mic, iar calitatea imaginilor si a sunetului este mult mai buna si nu se altereaza dupa redari repetate.
Au fost construite si echipamente video interactive, numite sisteme videodisc. Ele sunt destinate cautarii unor informatii de o anumita natura, utilizatorul având la dispozitie un ecran tip touche screen pentru a putea selecta diverse optiuni. Un astfel de sistem poate fi un atragator album de prezentare a produselor unui magazin de blue-jeans sau un catalog documentat pentru cel care doreste sa-si cumpere o casa. În acest ultim caz, spre exemplu, doritorul selecteaza zona geografica, pretul oferit, detaliile arhitecturale, iar sistemul video-disc furnizeaza pe rând cadre cu locuinte disponibile.
În cadrul actiunii de înlocuire a tehnicilor fotografice clasice cu cele digitale, firma Kodak a realizat Photo CD-ul. Astfel, beneficiarul va primi în locul unui film developat un CD continând imaginile imortalizate pe pelicula. De aceeasi maniera pot fi produse prezentari si cataloage de firma sau pot fi realizate arhive de fotografii.
Unitatile magneto-optice stocheaza informatia utilizând un mixaj între mecanismele optice si cele magnetice cunoscute. Discul, de marimea unei dischete, este format dintr-un suport din aluminiu, peste care se depun succesiv un strat de plastic transparent si altul dintr-un aliaj ale carui proprietati magnetice se modifica termic, sub influenta fasciculului laser. Un astfel de suport poate fi rescris de mai multe ori, dupa ce în prealabil este demagnetizat prin încalzire cu laser. Totusi, astfel de unitati sunt înca lente si au capacitati de stocare relativ mici.
Memoriile cu bule magnetice. O bula magnetica este o unitate de stocare cu diametrul de câteva ori mai mic decât al firului de par care se fixeaza printr-un procedeu special pe un film subtire din material magnetic. Filmul contine câteva mii de astfel de unitati si este protejat într-un învelis (ca un cip de circuite integrate). În anii '70 specialistii prognozau ca aceste memorii vor duce la înlocuirea discurilor. Optimismul lor se baza pe faptul ca prezentau avantajul unor suporti statici, care nu aveau nevoie de piese în miscare pentru manevrarea informatiilor (asa cum necesita discurile) oferind o fiabilitate radical sporita. De aceasta data, prognoza s-a dovedit a fi falsa, memoriile cu bule magnetice având înca o arie de utilizare restrânsa, datorata în principal preturilor destul de mari. Sectorul lor de piata este destinat mai ales PC-urilor, robotilor industriali sau echipamentelor de comunicatie.
|
