UNITATILE FUNCTIONALE ALE UNUI SISTEM DE CALCUL
Componentele unui sistem de calcul pot fi grupate in unitati cu functii complexe, bine precizate, numite unitati functionale (figura 1.3):
- unitatea centrala de prelucrare sau UCP ( Central Processing Unit - CPU )
- memoria ( memory )
- sistemul de intrare / iesire sau porturi ( Input / Output System or ports )
Unitatea centrala prelucreaza datele din memoria interna (extrage din memoria interna, secvential, instructiunile programului, le decodifica si le executa, efectueaza operatii aritmetice si logice asupra datelor) si coordoneaza activitatea componentelor fizice ale sistemului de calcul.
Figura 1.3. Unitatile
functionale ale unui sistem de calcul
Unitatea centrala inglobeaza:
Microprocesorul circuit integrat complex (unitate centrala de prelucrare realizata pe o singura pastila de siliciu (sau cip) - cu urmatoarele componente de baza:
Unitatea de executie (realizeaza operatii logice si aritmetice);
Unitatea de interfata a magistralei (transfera datele la/de la microprocesor).
La calculatoarele din generatiile anterioare, microprocesorul era compus, din punct de vedere constructiv, din foarte multe componente. Datorita cresterii gradului de integrare a componentelor electronice, s-a ajuns ca o unitate centrala de prelucrare sa fie condensata într-un singur circuit integrat.
Coprocesorul matematic - realizarea cu viteza sporita a operatiilor cu numere reale.
Programele care sunt executate de microprocesor sunt stocate în memoria interna a calculatorului personal. Datele procesate de catre aceste programe sunt de asemenea stocate în memoria calculatorului. Dar, memoria interna are o capacitate limitata. Din aceasta cauza, se folosesc pentru stocarea programelor si datelor, dispozitivele sau unitatile de memorie externa.
Intr-un calculator, toata informatia (numere, cuvinte, texte, desene, imagini, sunete, etc.) este reprezentata sub forma numerica.
Programele - codificate tot sub forma numerica.
Citirea operatia de introducere (de intrare) de la tastatura a datelor initiale ale unei probleme.
Scrierea operatia de afisare (de iesire) a rezultatelor obtinute.
La rezolvarea unei probleme, informatia de intrare (furnizata calculatorului de catre utilizator) va consta din datele initiale ale problemei de rezolvat si dintr-un program (numit program sursa).
In programul sursa utilizatorul implementeaza (traduce) intr-un limbaj de programare un algoritm (actiunile executate asupra datelor de intrare pentru a obtine rezultatele). Informatia de intrare, aflata initial intr-o forma externa, accesibila omului (numere, text, grafica), va fi transformata de catre calculator - in vederea memorarii si prelucrarii - intr-o forma interna, binara.
Unitatea de intrare (functia de citire) converteste informatia din format extern in cel intern.
Exemple:
tastatura pentru introducerea programelor sau datelor de prelucrat;
mouse-ul;
joystick-ul,
scanner-ul etc.
Unitatea de iesire (functia de scriere) converteste din formatul intern in cel extern.
Exemple:
display-ul sau ecranul pentru afisarea informatiilor din calculator, care pot fi în particular rezultatele prelucrarii;
imprimanta, pentru tiparirea pe hârtie a acestor informatii;
plotter-ul, etc.
Acestea se mai numesc si dispozitive periferice de baza
Informatia este inregistrata in memorie.
Un program, pentru a fi executat, trebuie sa fie adus din memoria externa în memoria interna. Deci, un microprocesor executa secvente de instructiuni din memoria interna.
Memoria interna = succesiune de octeti
Octet = grup de 8 biti.
Bit-ul (binary unit) = unitatea elementara de informatie(valorile: 0 sau 1).
Numarul de ordine al unui octet in memorie se poate specifica printr-un cod, numit adresa Totalitatea adreselor fizice de memorie pe care le poate forma un microprocesor, formeaza spatiul de adrese de memorie. Capacitatea unei memorii = numarul de locatii continute (multiplii de 1024 (210 )).
Spatiul de adrese de memorie se masoara în octeti, cu urmatorii multipli:
1Koctet sau 1Kb(yte) = 2 octeti (1024 octeti);
1Moctet sau 1Mb = 2 Kb;
1Goctet sau 1Gb = 2 Mb.
De exemplu, la I8086 spatiul de adrese de memorie este 0 -- 2 -1, adica un spatiu de adrese de memorie de 1Moctet; microprocesoarele I80386, I80486 si Pentium, cu 32 de linii de adresa, având un spatiu de adrese de memorie de 2 , adica 4Gocteti.
Caracteristicile memoriei interne: capacitate redusa, acces extrem de rapid la informatie, datele au caracter temporar.
Memoria interna a unui calculator personal poate fi realizata cu circuite de doua feluri :
ROM - Read Only Memory - memorii din care microprocesorul poate numai sa citeasca date, si al caror continut nu se pierde la întreruperea alimentarii calculatorului. Memoriile ROM sunt utilizate pentru a stoca programe si date care trebuie sa existe permanent în sistem. BIOS-ul (Basic Input Output Sistem) sistemului de operare se afla rezident în memoria ROM a calculatorului.
RAM - Random Access Memory - ce sunt memorii la care microprocesorul poate atât citi cât si scrie date, si al caror continut se pierde la întreruperea alimentarii. Sunt folosite pentru stocarea temporara a informatiei.
Din punctul de vedere al tehnologiei de realizare, memoriile de tip RAM sunt de doua feluri:
memorii statice (SRAM - Static RAM), care mentin informatia atât timp cât exista tensiune de alimentare, fara a mai fi necesara reîmprospatarea (refresh-ul) sau rescrierea informatiei. Sunt memorii rapide, dar sunt scumpe.
memorii dinamice (DRAM - Dynamic RAM), la care informatia se volatilizeaza în timp, si de aceea este necesara reîmprospatarea periodica a acesteia, cu ajutorul unui circuit specializat. Memoriile dinamice sunt mai lente decât memoriile statice, însa sunt mai ieftine, si sunt memoriile cu care se realizeaza memoria interna de mare capacitate a calculatoarelor actuale.
Circuitele de memorie sunt încapsulate în asa numitele circuite DIPs (Dual Inline Packages), sub forma unor barete de memorie, în doua variante constructive:
Circuite SIMM (Single Inline Memory Module), cu 30 de pini si care permit un acces la date pe 8 biti, respectiv cu 72 de pini, si care permit un acces la date pe dublu-cuvânt.
Circuite DIMM (Double Inline Memory Module) - realizate într-o tehnologie mai recenta, si mai performante. Baretele DIMM au 168 de pini si permit un acces la datele continute pe 64 de biti.
Memoria externa
Caracteristicile memoriei esterne: capacitate mare, informatia inregistrata are caracter permanent, timp marit de acces.
Cele mai utilizate dispozitive de memorie externa sunt dispozitivele magnetice:
discuri flexibile (floppy disks);
benzile magnetice;
discurile de mare capacitate sau discurile hard (hard disks), o altă denumire frecvent utilizata pentru acestea din urma fiind cea de discuri Winchester;
dispozitivele optice: CD-ROM, DVD (Digital Versatile Disc).
Unitatea centrala de prelucrare preia date de la dispozitivele de intrare prin intermediul porturilor de intrare, si trimite date catre dispozitivele de iesire, prin intermediul porturilor de iesire.
Totalitatea porturilor de intrare / iesire formeaza sistemul de intrare / iesire (I/E) al calculatorului.
Unitatea centrala de prelucrare (UCP) este conectata la memorie si porturile de I/E prin intermediul unor linii paralele, care alcatuiesc magistrala de comunicatie a calculatorului. Deci, ca element constitutiv principal al unui calculator personal, este si aceasta conectare a tuturor resurselor sale prin intermediul unei magistrale de comunicatie.
Aceasta magistrala are 3 sectiuni:
magistrala de date (Data Bus), pe care microprocesorul citeste date din memorie sau porturile de intrare, sau scrie date în memorie sau porturile de iesire. Datele citite din memorie pot fi, în particular, instructiuni.
magistrala de adrese (Address Bus), UCP-ul folosind aceste linii pentru a selecta locatia de memorie sau portul de I/E, din care se vrea o data pentru a fi citita, sau în care se doreste înscrierea unei date.
magistrala de control (Control Bus), formata din linii specifice utilizate de microprocesor pentru controlul transferurilor de date pe magistrala. De exemplu, printr-o linie se poate specifica daca microprocesorul citeste sau scrie date (daca microprocesorul tine linia respectiva în "0", aceasta înseamna că procesorul citeste date din memorie sau porturile de intrare; daca microprocesorul pune "1" pe aceasta linie, se va efectua o scriere în memorie sau porturile de iesire), prin alta linie daca se face o operatie cu memoria sau cu porturile de I/E etc.
Dimensiunea magistralei de date va da tipul procesorului, respectiv al calculatorului realizat în jurul procesorului respectiv. Daca magistrala de date are 16 linii, deci transferurile de date se pot face numai pe cuvânt (1cuvânt = 2 octeti), se spune ca avem un calculator pe 16 biti, daca magistrala de date are 32 linii avem un calculator pe 32 biti etc.
În mod obisnuit, magistrala unui calculator personal este controlata de microprocesor, în sensul ca microprocesorul este cel care dirijeaza transferul de date pe magistrala.
Cele mai frecvent întâlnite familii de microprocesoare sunt: Intel (8088/8086, 80286, 80386, I80486, Pentium), Motorola (Motorola 680xx), AMD, Zilog (Z80, Z8000), Sparc (Sun Sparc si UltraSparc pe 32 de biti), Mips etc. Calculatoarele IBM PC/XT sau AT utilizau unul din microprocesoarele I8088 sau I8086 ale firmei INTEL, calculatoarele din familia IBM PS/2 unul din microprocesoarele I8086, I80286, I80386 sau chiar I80486, iar calculatoarele IBM ade data relativ recenta folosesc procesoare cum ar fi Pentium III sau Pentium IV etc.
Pentru exemplificare, microprocesorul I8088 are magistrala de date de 8 biti, magistrala de adrese de 16 biti, magistrala de control de 8 biti, iar microprocesorul I8086 are magistrala de date de 16 biti, magistrala de adrese de 20 de biti si magistrala de control de 8 biti.
Fiecare microprocesor are o intrare de ceas, semnalul de la aceasta intrare fiind folosit pentru sincronizarea operatiilor sale interne. Frecventa semnalului de ceas determina viteza cu care microprocesorul proceseaza datele, si este important ca aceasta frecventa sa fie cât mai mare. De exemplu, daca microprocesorul Z80 functiona la o frecventa de 2,5 sau 4MHz, s-a ajuns ca un procesor Pentium IV sa poata functiona la o frecventa de 2000MHz si mai mult.
|
