Structura calculatoarelor

F Hardware reprezinta toate componentele fizice (cele care se pot atinge). Software reprezinta ansamblul programelor.

Pentru a înlesni întelegerea componentelor constructive ale calculatoarele, acestea vor fi asemanate cu fiinta umana. Astfel, dupa cum omul are trup, minte si suflet, calculatoarele au componente hardware[1] (cele care se pot atinge, pipai - "trupul" calculatoarelor), componente software (programele), iar pentru a functiona trebuie alimentate cu energie electrica.

Acest capitol, al carui studiu necesita circa doua ore, propune o incursiune printre aceste componente, ilustrând modul de functionare al unora, desigur fara a pierde din vedere ca cititorii nu vor fi specialisti nici în construirea, nici în programarea calculatoarelor.

Scopul acestui capitol este ca î 212t1918c n urma parcurgerii sale, cititorul sa înteleaga complexitatea constructiei unui calculator si sa-si poata alege acel calculator si acele program care-i sunt necesare desfasurarii activitatilor si satisfacerii hobby-urilor sale.

3.1. Componentele hardware

Asa cum s-a afirmat adineaori, în aceasta categorie intra toate partile unui calculator ce pot fi "pipaite".

F Unitatea centrala asigura memorarea informatiilor, prelucrarea lor si supra­ve­ghea­za functionarea calculatorului Unitatea de memorie asigura pastrarea infor­ma­tiilor de catre calculator si permite accesul la ele Unitatea de calcule arit­metice si logice permite efectuarea operatiilor si execu­tarea instructiunilor programelor calculatorului Unitatea de comanda si control comanda si supra­vegheaza buna functio­na­re a tuturor componentelor

Cea mai importanta parte a componentelor hardware o constituie unitatea centrala (UC). (Ea corespunde creierului uman, în analogia propusa la începutul acestui capitol.)

Creierul uman îndeplineste trei functiuni esentiale :

una dintre ele este cea de înmagazinare (memorare) de informatii ;

o a doua functie a creierului este cea de gândire - adica de efectuare de operatii (procese) rationale (calcule, deductii, etc.) ;

cea de-a treia functie esentiala a creierului uman este cea prin care acesta coordoneaza activitatea muschilor, a membrelor trupului (ochi, mâini, urechi, etc.) etc. - o activitate inconstienta.

Unitatea centrala a unui calculator are dispozitive ce îndeplinesc trei functiuni similare celor trei enuntate mai înainte.

Pentru asigurarea functiunii de înmagazinare de informatii, în structura calculatorului a fost înglobata, unitatea de memorie interna (UM).

Pentru efectuarea de operatii matematice si logice (adunari, înmultiri, etc. cu numere întregi si reale, continuarea functionarii calculatorului diferentiat, dupa raspunsul la întrebari precum x>0 sau data înregistrarii documentului < data curenta, afisarea pe ecran de imagini tridimensionale) calculatorul a fost dotat cu unitatea de calcule aritmetice si logice, UAL.

& Microprocesorul înglobeaza unitatea de calcul aritmetic si logic si cea de comanda si control, însa nu si unitatea de memorie

Unitatea de comanda si control, UCC, îndeplineste cea de-a treia functiune, asigurând functionarea corecta a dispozitivelor calculatorului, într-un mod transparent utilizatorului (doar specialistii în informatica cunosc detaliile).

Tehnologia moderna are tendinta miniaturizarii. Acele calculatoare în care UAL si UCC sunt încorporate într-o singura pastila, denumita microprocesor, se numesc microcalculatoare (în figura este ilustrat un microprocesor).

E Sistem mutiprocesor este un calculator ce are înglobate mai multe (micro)proce­soare ce coopereaza. Retea de calculatoare este un ansamblu de calculatoare interconectate.

Pentru aplicatii cu operatii foarte complexe, de exemplu în domeniul militar, se folosesc supercalculatoarele. Asa cum se va arata mai jos însa, asemenea calcule pot fi realizate si construind calculatoare foarte puternice prin cooperarea câtorva mii de microprocesoare. Acest tip de calculatoare, denumite multiprocesor,  a facut ca pe piata traditionala a supercalculatoarelor sa patrunda calculatoare bazate pe microprocesoare si care sunt cu mult mai ieftine.

E Magistrala asigura co­mu­nicarea între com­­po­nentele hardware ale calculatorului. În reali­tate exista mai multe magistrale (interne, externe, pentru transfer de date, pentru transmi­te­re de comenzi, etc.) Dispozitivele periferice sunt toate componentele ce asigura interactiunea calculatorului cu operatorul uman si cu mediul înconjurator

Minicalculatoarele se pot folosi în întreprinderi mari pentru schimbarea usoara a informatiilor între diferite departamente. În acest caz, adesea la unitatea centrala se pot conecta mai multe persoane prin intermediul unor terminale, din diferite puncte. si acest domeniu de activitate a fost acaparat însa de microcalculatoare, datorita posibilitatii interconectarii acestora în retele de calculatoare, iar pretul este mai redus si flexibilitatea este cu mult mai mare.

În concluzie, întrucât covârsitoarea majoritate a calculatoarelor existente la ora actuala sunt microcalculatoare, acest curs se va concentra asupra acestora.

Pentru a comunica cu restul membrelor corpului, creierul uman foloseste sistemul nervos drept canal de comunicatie. Pentru a transmite comenzile unitatii centrale celorlalte dispozitive, precum si pentru a primi informatii de la acestea, calculatoarele folosesc magistrala, care este, în esenta, un snop de conductori (sârme, fire) prin care circula semnale electrice.

Se deduce (continuând analogia propusa dintre om si calculator) ca si calculatoarele au anumite componente hardware cu ajutorul carora schimba informatii cu mediul înconjurator, precum sunt ochii, urechile, gura, etc. pentru oameni. Toate aceste dispozitive se numesc dispozitive periferice sau de intrare-iesire (input-output în limba engleza).

E Subsistemul de afisare este format din moni­tor si cartela video.

Monitorul, este asemanator televizorului. Monitoarele pot afisa imaginea monocrom sau color. De asemeni pot reda text, imagini grafice, sau chiar animatie. Pentru a putea functiona, ele sunt conectate unui circuit electronic, care se numeste cartela video (sau grafica). Împreuna ele alcatuiesc subsistemul de afisare, iar pentru ca afisarea sa se desfasoare în cât mai bune conditii (fara întârzieri la redarea imaginilor animate, clar, cu multe nuante de culori), trebuie ca ambele componente (atât monitorul, cât si cartela video) sa aiba performante bune.

În figura ce urmeaza se vede un monitor ce afiseaza o imagine grafica, iar alaturi o cartela grafica.

F Tastatura permite introducerea textelor literare, manualelor, etc., în egala masura cu cea a comenzilor catre calculator

Tastatura este un fel de masina de scris. Ea are peste 100 de taste, grupate în diferite sectiuni, dupa rolul tastelor din sectiunea respectiva (vezi figura urmatoare).

F Mouse-ul permite selectarea diferitelor obiecte afisate pe ecran.

Mouse-ul sau alte dispozitive periferice de indicare (trackball, trackpad, etc.) este un dispozitiv folosit pentru a selecta, si alege diferite obiecte afisate pe ecran (vezi figura urmatoare).

F Joystick-ul este folosit mai ales pentru jocuri Plotter-ul este folosit de catre ingineri

Joystick este un dispozitiv ce are prevazuta o maneta si un buton. El este des folosit la jocuri.

Plotter-ul este un dispozitiv utilizat pentru crearea desenelor tehnice. El realizeaza desenarea cu ajutorul unor penite ce se deplaseaza pe o plansa si care au diferite culori. Plotter-ele au forme si marimi diferite, dupa dimensiunea maxima a hârtiei pe care pot desena.

& Imprimantele se deosebesc prin tehnologia pe care o folosesc ca sa realizeze tiparirea.

Imprimanta, permite tiparirea pe hârtie a textelor sau a imaginilor stocate în calculator, pe hârtie. La fel ca si monitoarele, imprimantele pot fi alb-negru (monocrom) sau color. Ele se diferentiaza prin calitatea, viteza si silentiozitatea tiparirii, precum si prin dimensiunea maxima a hârtiei pe care pot tipari (A4, A3, etc.).

În figurile ce urmeaza se pot vedea diferite modele de imprimante.

E Imprimanta asigura tiparirea atât a documentelor cât si a imaginilor memorate de catre calculator.

În stânga este o imprimanta care tipareste folosind o tehnologie pe baza de laser (acest tip de imprimanta este cea mai scumpa, dar asigura cea mai buna calitate, iar viteza de tiparire este cea mai mare), iar în dreapta o imprimanta cu jet de cerneala care tipareste folosind o cerneala speciala. Ea este mult mai ieftina decât cea laser si asigura o calitate si o viteza buna a tiparirii, însa cerneala folosita este scumpa.

Aceste tipuri de imprimante sunt folosite pentru documente ce necesita o calitate mare (lucrari stiintifice, carti, etc.).

Imprimanta din imaginea urmatoare este o imprimanta matriceala, care tipareste pe baza unor mici ciocanele ce preseaza o banda tusata (oarecum asemanator masinilor de scris mecanice). Calitatea documentelor obtinute cu aceste imprimante, precum si viteza imprimarii este mai mica decât cu celelalte doua tipuri. Ele au preturi asemanatoare cu cele ale imprimantelor cu jet de cerneala, însa banda tusata este cu mult mai ieftina decât cerneala, deci costul tiparii unei pagini de document este cu mult mai mic.

Acest tip de imprimante este folosit pentru extragerea diferitelor tipuri de liste (contabile, situatii financiare, etc.).

E Scanner-ul copiaza text si imagini de pe hârtie si le memo­rea­za în interiorul calcu­la­torului, efectuând, oarecum, operatia inversa imprimantei

Scanner-ul este echivalentul unui copiator (Xerox), deosebirea fiind ca textul sau imaginea nu se va copia pe hârtie, ci electronic, în memoria calculatorului (de acolo, putând fi, evident, tiparita pe hârtie cu ajutorul imprimantei-vezi figura urmatoare).

F Pentru redare / înregis­trare sunet se foloseste un kit multimedia ce cuprinde o cartela de sunet, difuzoare (speci­ale pentru calculator), microfon, eventual un dispozitiv de manevrare a CD-urilor (specific calculatoarelor)

Setul pentru redare si înregistrare sunet este constituit dintr-o cartela de sunet (un circuit electronic asemanator cartelei grafice), difuzoare, microfon, etc. De asemeni se pot atasa diferite dispozitive electronice (sintetizatoare, etc.). Difuzoarele sunt special construite pentru a fi utilizate la calculator, neputându-se utiliza orice tip de difuzoare.

Imaginea urmatoare ilustreaza o boxa de difuzoare pentru calculator.

M Calculatoarele folo­sesc difuzoare speciale (care nu interfereaza cu alte componente, precum monitorul)

Mai jos este ilustrata o cartela de sunet.

F Pentru interconectarea a doua sau mai multe cal­cu­latoare aflate într-un perimetru restrâns (de exemplu în aceeasi cladire), se foloseste o cartela de retea, iar pentru conectarea prin reteaua telefonica, a doua calculatoarelor situate la distante mai mari, se foloseste un modem

Modem (MODulator - DEModulator) este un aparat pentru conectarea calculatorului la reteaua telefonica si transmiterea / receptionarea fax-ului. De asemeni se mai foloseste pentru conectarea calculatoarelor prin intermediul liniei telefonice la reteaua de Internet. Pentru interconectarea a doua sau mai multe calculatoare într-o retea locala de calculatoare (în cadrul aceleiasi cladiri, de exemplu) se foloseste o cartela de retea, al carei aspect este similar unui modem, însa are sarcini mult mai simple de îndeplinit.

Mai jos se poate vedea un modem de sus si din spate.

În figura urmatoare se poate vedea o cartela de retea.

E Camerele video digitale pot capta atât imagini video (animate) cât si imagini statice (fotografii)

Pentru înregistrarea de imagini video sau statice (fotografii) se foloseste o camera foto/video digitala, care realizeaza o reprezentare electronica a imaginilor preluate (deci fotografiile vor fi memorate de catre calculator, nu vor fi imprimate pe pelicula). Iata mai jos o camera :

Specific fiintei umane este faptul ca cea mai mare parte a informatiei disponibile nu o înmagazineaza în creier, ci pe suporturi externe : carti, reviste, discuri si benzi magnetice, discuri optice (CD), etc. Aceste suporturi externe, pe lânga marea cantitate de informatie pe care o retin, au si calitatea ca informatia ramâne (teoretic) nelimitat, pe când în mintea umana exista riscul ca sa fie uitata. si calculatoarele au dispozitive de memorie externa, constituite din discuri magnetice sau optice, benzi magnetice, etc., care au aceleasi calitati, adica permit înmagazinarea unei cantitati mult mai mari de informatie decât UM si care nu se sterge când este deconectat calculatorul de la sursa de curent electric (continutul UM se sterge când "se stinge" calculatorul).

În figura urmatoare se poate vedea o discheta magnetica.

F Pentru a transporta volume mari de date de la un calculator la altul, se pot folosi compact-discurile, care sunt un suport optic de memorare a datelor

F Pentru a transporta un document de la un calculator la altul, se pot folosi dischetele, care sunt un suport magnetic de memorare a datelor

Mai jos este ilustrat un disc optic (CD) :

F Programele si datele curente sunt pastrate pe harddisk-uri, care reprezinta, de asemenea, un suport magnetic

Cel din imaginea urmatoare este de asemeni un disc magnetic, cu o capacitate mult mai mare de memorare, denumit harddisk.

Al doilea set de componente majore ale calculatorului, cele software, cuprind de fapt programele ce fac calculatorul sa execute diferite sarcini.

În subcapitolul urmator se va realiza o scurta trecere în revista a componentelor software, iar apoi se vor detalia componentele hardware.

Întrebari

Enumerati principalele componente constitutive ale unui calculator. Este energie electrica o componenta a sa, ori doar un element extern necesar functionarii sale ?

Comparati plotter-ul si imprimanta si gasiti asemanari si deosebiri între ele. Cu care din cele trei tipuri de imprimanta se aseamana cel mai mult ?

Care este deosebirea dintre microprocesor si unitatea centrala ?

E Software-ul de sistem asi­gu­ra buna functio­na­re a cal­cula­torului (si doar atât). El este necesar (nu poa­te lipsi) si cu­prin­de ROM-BIOS (specific calculatoru­lui) pre­cum si sistemul de ope­rare. Aplicatiile de sistem asigura doar functionarea  calcula­to­rului. Pentru alte nevoi (scrierea unor do­cu­men­te, desenarea si pre­lucrarea u­nor imagini, înregistrarea si prelucrarea muzicii) este nece­sar software-ul de aplicatii.

3.2. Componentele software

Asa cum s-a afirmat la începutul capitolului, potentialul reprezentat de echipamentele hardware ale unui calculator este exploatat de catre programele acestuia, care la un loc constituie componenta software.

Scurta istorie de câteva decenii a calculatoarelor a înregistrat ca regula faptul ca initial apar componente hardware foarte performante, de-abia ulterior aparând si programe (software) care sa exploateze cu adevarat potentialul acestora.

Componentele software sunt de trei feluri:

M ROM-BIOS este gratuit si se livreaza împreuna cu calculatorul. Sistemul de operare fie se achizi­tio­nea­za la cum­pa­rarea calcu­latorului, fie ulterior, însa (cu putine exceptii) nu este gratuit. Uti­lizarea unei copii ile­ga­le a unui sistem de ope­ra­re este o fapta pedepsita de codul pe­nal cu amenzi aspre. Pentru a afla daca siste­mul de operare este gratuit, se vor consulta conditiile de utilizare ce-l însotesc (licenta de utilizare). Atentie la utilizarea ilegala a software-ului de aplicatii, în­trucât utilizarea multor pro­gra­me necesita achizitio­na­rea unei licente de utilizare.

Cele care asigura functionarea calculatorului sunt grupate sub numele de software de sistem. Functiunile software-ului de sistemul sunt atât vitale, cât si transparente utilizatorilor. De exemplu : cum înregistreaza calculatorul informatia pe un disc, cum lanseaza un program în executie, etc. Acest software de sistem cuprinde doua categorii diferite de programe. O prima categorie contine programe de mici dimensiuni ce furnizeaza rutine elementare atât pentru functionarea componentelor hardware cât si pentru initierea pornirii calculatorului si care sunt pastrate în dispozitive de memorie speciala denumite Read Only Memory - Basic Input Output System (prescurtat ROM-BIOS), (în traducere memorie ce poate fi doar citita - sistemul fundamental de intrare-iesire). Cealalta categorie o constituie ansamblul de programe reunit sub numele de sistem de operare care folosind micile programe din prima categorie asigura functionarea calculatorului si controleaza starea dispozitivelor acestuia. Software-ul de sistem este indispensabil, inexistenta sau deteriorarea sa fac ca sistemul de calcul sa nu functioneze, sau sa functioneze eronat.

Pe lânga aceste programe vitale, necesare tuturor utilizatorilor de calculatoare, exista un grup de programe folositoare doar anumitor utilizatori, cum ar fi programe pentru desenare, sau pentru realizare de publicatii, etc., denumite generic programe utilitare, sau software de aplicatii. Întrucât gama activitatilor umane este foarte variata, iar complexitatea calculatoarelor moderne este foarte mare, exista multe tipuri de software de aplicatii, de obicei în cadrul fiecarei categorii existând cel putin doua aplicatii (cel mai adesea mai multe) oferite de firme diferite. Trebuie retinut faptul ca daca sistemul de operare este necesar fiecarui calculator ca sa poata functiona, programele utilitare vor fi copiate doar pe acele calculatoare ale caror utilizatori au nevoie de ele. De pilda un program pentru crearea si prelucrarea muzicii va fi copiat doar de un utilizator care este interesat de acest domeniu.

Evident, acest set de programe poate fi extins cu programele create de catre posesorii calculatoarelor (programele utilizatorilor), în masura în care se pricep la aceasta. Daca în urma cu 15-20 de ani aceasta categorie de software era foarte bine reprezentata, extraordinara dezvoltare a ofertei de programe din categoria software-ului de aplicatii a facut ca necesitatea crearii de programe proprii sa fie restrânsa doar la institutii sau întreprinderi medii-mari.

E Marea calitate a calculatoa­relor este aceea ca setul de programe se poate extinde nelimitat, prin crearea unor programe proprii.

Întrebari

Enumerati principalele tipuri de software.

Credeti ca este corect ca sa cumparati un calculator la o zecime de pret, daca vânzatorul v-ar comunica faptul ca a furat calculatorul ? Dumneavoastra ati fi dispus sa faceti un asemenea târg ?

Credeti ca este corect ca sa cumparati un program la o zecime de pret, daca vân­za­to­rul v-ar comunica faptul ca a furat programul (adica l-a copiat, sau l-a multiplicat în mod ilegal) ?  Dumneavoastra ati fi dispus sa faceti un asemenea târg ?

Ce este componenta ROM-BIOS ?  Dar sistemul de operare ?

Puteti enumera doua programe utilitare ?

3.3. Sursa de curent electric

M Toate prizele trebuie legate la pamânt,  (împamântate) pagubele produse datorita nerespectarii acestei reguli nu sunt suportate de firma furni­zoare, chiar si pentru calculatoarele aflate în perioada de garantie.

Desigur ca cel de-al treilea element esential pentru functionarea calculatoarelor, curentul electric, nu necesita o prea mare dezvoltare. Nu trebuie uitat însa faptul ca fara acesta calculatorul este inutil. Calculatoarele sunt alimentate prin intermediul unei surse de curent, care au inclus si un ventilator de racire. Pentru o functionare corecta, lipsita de incidente, este necesar ca prizele si adesea anumite componente hardware sa fie legate la pamânt. De asemeni, în situatiile în care o întrerupere accidentala a calculatorului cu alimentare (cum ar fi o avarie a retelei electrice locale) poate duce la pierderi de date însemnate, se recomanda utilizarea unor dispozitive speciale, denumite Uninterruptible Power Supply (UPS), adica surse de curent neîntreruptibile (vezi figura).

F Pentru prevenirea pagubelor produse de întreruperi nedorite ale alimentarii cu curent electric, este utila achizitionarea de UPS

Acestea asigura o autonomie limitata a functionarii componentelor legate prin ele la sursa de curent electric (minim câteva minute) si care în lipsa sursei de curent functioneaza ca o baterie (permitând efectuarea de operatiuni de închidere normala a lucrului, creare de copii de siguranta, etc.), iar în prezenta sa atenueaza vârfurile de sarcina care apar.

Întrebari

Ce este un UPS si de ce este utila cumpararea sa ?

Credeti ca este suficient ca sa fie legata la pamânt doar priza din perete, sau trebuie sa aiba aceeasi calitate si eventualele prelungitoare utilizate pentru a alimenta un calculator (sau un dispozitiv periferic) cu energie electrica ?

Rezumat

Calculatorul are o componenta hardware, ce contine toate elementele constitutive ale sale, si o componenta software, ce include toate programele ce-i comanda functionarea.

Exista o mare varietate de componente hardware, dar se disting prin importanta procesorul, memoria (interna), magistrala, dispozitivul de afisare, discurile (memoria externa), dispozitivele de introducere comenzi (tastatura si mouse-ul), precum si imprimanta.

Componentele software se pot grupa în programe de sistem (ce include sistemul de operare si programele incluse în ROM-BIOS), programe utilitare (ce se pot achizitiona si raspund diferitelor necesitati), care pot fi completate nelimitat cu programe create de catre utilizatori.