Arhitectura Hardware

Arhitectura Hardware

Cursul de fata are drept scop prezentarea sistemului de operare MS Windows 95 care ruleaza pe calculatoarele personale compatibile IBM-PC. Deoarece in iunie 1998 a fost lansata pe piata romaneasca versiunea MS Windows 98, si aceasta varianta este inclusa in prezentul curs.

Inainte a prezenta sistemul de operare, vor fi oferite explicatii referitoare la arhitectura unui echipament de calcul, din punct de vedere al componentelor fizice, cat si al programelor ce pot rula pe acesta.

Ce este un calculator?

Un calculator este un echipament capabil de a procesa informatii si de a efectua calcule complexe la viteze ce depasesc cu foarte mult posibilitatile creierului uman. Calculatoarele proceseaza datele prin intermediul unor seturi de instructiuni denumite programe. Aceste programe, sau aplicatii, sunt create de programatori si determina modul de comportare al calculatoarelor.

Calculatoarele personale (PC = Personal Computer) au fost initial oferite pe piata de catre firma Apple Computer in anul 1977, pe acestea ruland programe proiectate de catre specialistii firmei Apple. Patru ani mai tarziu, in 1981, renumita firma de calculatoare IBM a lansat Calculatorul Personal IBM. Dar la timpul respectiv preturile erau mari si astfel dotarea lor era foarte saraca; memoria de lucru era redusa, iar primele calculatoare nici macar nu dispuneau de un hard-disc pentru stocarea datelor; in privinta aplicatiilor ce puteau fi rulate pe

aceste echipamente de calcul, ele nici nu existau si fara programe, calculatoarele sunt inutilizabile.

Programul cu cea mai mare importanta, ce in mod obligatoriu trebuie rulat pe un calculator, este sistemul de operare, el constituind limbajul comun vorbit de om si calculator. Mergand pe ideea ca PC-urile nu vor cunoaste niciodata un volum mare de vanzari, firma IBM nu s-a ostenit sa proiecteze un sistem de operare pentru acestea si a cedat aceasta sarcina unei companii tinere si necunoscute la momentul respectiv.

Compania se numea Microsoft si astazi sistemele sale de operare ruleaza pe aproape toate calculatoarele personale din intreaga lume; intemeietorul acesteia, Bill Gates, este la ora actuala unul din cei mai bogati oameni din lume.

In concluzie, modelele de calculatoare personale intalnite cel mai des sunt de doua tipuri: Apple Macintosh si compatibile IBM. Cele doua modele dispun de o arhitectura fizica diferita, pe ele ruleaza aplicatii specifice si sisteme de operare diferite. Cursul de fata se refera numai la calculatoarele personale compatibile IBM-PC.

Cand vorbim despre calculatoare personale trebuie sa abordam urmatoarele notiuni:

Hardware

Software

Bit

Byte (sau octet)

Termenul HARDWARE provine din limba engleza si se refera la componentele fizice ale unui

echipament de calcul iar termenul SOFTWARE se refera la aplicatiile sau programele ce ruleaza pe un calculator.

Pentru a stoca informatii se utilizeaza urmatoarele unitati de masura:

Bit: unitatea de baza pentru stocarea informatiei. Un bit poate avea numai doua stari reprezentate prin valorile 1 sau 0, Adevarat (True) sau Fals (False). In scrierea curenta se prescurteaza cu b (litera mica) si este utilizat drept unitate de masura. Exemple: Kb - kilobiti Mb - megabiti

Byte: sau octet reprezinta o succesiune de 8 biti. In scrierea curenta se prescurteaza cu B (litera mare) si este utilizat drept unitate de masura pentru datele stocate.

Exemple:

KB kilobytes : 1 KB = 1024 B

MB megabytes : 1 MB = 1024 KB = 1046576 B

GB gigabytes

TB terabytes

Indiferent de tipul sau, un calculator este compus din urmatoarele module principale:

1. Unitatea Centrala de Prelucrare sau UCP (CPU = Central Processing Unit): reprezinta creierul calculatorului; este componenta care supervizeaza operatiile efectuate de catre toate celelalte module.

2. Memoria de lucru sau RAM (RAM= Random Access memory): este o memorie volatila, acest lucru insemnand ca datele sunt stocate in RAM numai pana cand informatii noi le suprascriu pe cele vechi sau pana la repornirea sistemului.

3. Memoria permanenta: reprezinta memoria unde pot fi stocate permanent datele.

4. Echipamente periferice de intrare: sunt acele echipamente prin intermediul carora utilizatorul poate introduce informatii in vederea procesarii lor. Exemple de periferice de intrare: tastatura, mouse, etc.

5. Echipamente periferice de iesire: sunt acele echipamente care permit vizualizarea informatiei procesate.

Exemple de periferice de iesire: monitor, imprimanta, plotter, etc.

Privind la echipamentul de calcul din fata Dvs. pot fi distinse urmatoarele elemente hardware :

Este o cutie din metal in interiorul careia se se afla componentele de baza ale unui echipament de calcul.

Forma carcasei poate fi de mai multe tipuri. In continuare sunt specificate cateva tipuri mai des intalnite:

Desktop

Minitower

Midtower

Full Tower

Slim

Book

Carcasele slim si book au dimensiuni reduse.

Pe panoul frontal al carcasei se afla urmatoarele elemente:

Butonul POWER: permite punerea sub tensiune a echipamentului de calcul, cat si deconectarea acestuia

Butonul RESET: permite reincarcarea sistemului de operare; memoria de lucru este stearsa ca si cum echipamentul ar fi fost scos de sub tensiune. Este util in cazurile in care echipamentul de calcul s-a blocat sau pentru efectuarea anumitor configurari.

Butonul TURBO: permite comutarea intre cele doua frecvente de lucru ale calculatorului. Apasarea sa este corelata cu afisajul electronic care indica viteza efectiva de lucru. Se prefera lucrul la viteza cea mai mare.

Afisajul electronic: indica frecventa de lucru (masurata in MHz) curenta a calculatorului; se coreleaza cu butonul TURBO. La unele echipamente de calcul nu este afisata viteza ci cuvintele HI (viteza cea mai mare) si LO (viteza cea mai mica).

Lacasul KEY LOCK: in acest lacas se introduce cheita prin care poate fi blocata tastatura. Se utilizeaza ca masura de securitate pentru a impiedica accesul persoanelor neautorizate la calculator. Nu este o masura foarte eficienta deoarece cheitele mai multor calculatoare nu difera intre ele si este foarte probabil ca cineva interesat in a accesa echipamentul de calcul sa isi faca rost usor de o cheita.

Unitatea pentru discheta: lacas pentru introducerea dischetelor

Unitatea pentru CD-ROM: lacas pentru introducerea discurilor CD-ROM

In interiorul carcasei se afla urmatoarele componente:

Placa de baza (motherboard): pe aceasta placa se afla in mod uzual unitatea centrala de prelucrare si toate celelalte componente interne ale echipamentului de calcul.

Unitatea Centrala de Prelucrare sau UCP (CPU - central processing unit): reprezinta creierul calculatorului. Initial UCP-ul a fost proiectat si lansat de firma INTEL care a ramas in continuare un nume cunoscut si apreciat. Dar odata cu sporirea popularitatii calculatoarelor personale au aparut alte firme concurente, ce au lansat pe piata microprocesoare compatibile cu cele produse de INTEL la un pret redus; AMD si Cyrix sunt doua dintre cele mai cunoscute nume de producatori de microprocesoare destinate calculatoarelor personale.

Caracteristicile de baza pentru un UCP sunt:

tipul microprocesorului (exemple: 386, 486, 586, 686, Pentium, etc.);

frecventa maxima a ceasului, masurata in megahertzi (exemple: 100 MHz, 133 MHz); aceasta este afisata pe panoul frontal al carcasei.

In functie de tipul procesorului, transferul de date intre UCP si celelalte echipamente se poate realiza pe 8, 16, 32 si 64 de biti. In general, in momentul de fata calculatoarele de tip PC sunt echipate cu microprocesoare pe 16 si 32 de biti, desi cele pe 16 biti sunt depasite tehnologic. Pentru a exploata capacitatea de prelucrare pe 32 de biti a unui microprocesor este necesar ca si software-ul instalat pe echipamentul de calcul sa fie proiectat corespunzator. Sistemul de operare MS Windows 95/98 este un sistem de operare pe 32 de biti.

Memoria:

In sistemele de tip PC exista diverse tipuri de memorie, respectiv medii de stocare temporara a informatiei :

a) Memoria ROM ( Read Only Memory) - este o memorie permanenta. Aici sunt stocate date referitoare la caracteristicile fizice ale calculatorului (tipul de hard-disc si caracteristicile sale, data si ora, tipul unitatii de discheta, de unde se incarca sistemul de operare, etc.) cat si un program care poate fi lansat in executie la pornirea calculatorului.

Codul program si setul de date formeaza BIOS-ul sistemului (Basic Input Output System). Utilizatorul nu poate accesa datele din memoria ROM decat prin intermediul

programului CMOS Setup care permite configurarea hardware a echipamentului de calcul. Programul CMOS Setup este descris in paragrafele urmatoare.

b) Memoria RAM ( Random Access Memory ) - memoria volatila, sau memoria de lucru; se masoara in Megabytes. In RAM sunt stocate toate datele de lucru la un moment dat, durata lor de viata fiind timpul cat se afla sub tensiune calculatorul. La oprirea calculatorului si deconectarea lui de sub tensiune toate informatiile din RAM se pierd.

In RAM sunt stocate urmatoarele tipuri de aplicatii/date:

sistemului de operare

programele software necesare comunicarii cu perifericele (drivere)

programe de tip TSR (Terminate and Stay Resident) care dupa ce sunt lansate in executie raman stocate in memoria RAM pina la descarcarea lor explicita de catre utilizator, sau pana la repornirea sistemului

datele de lucru curente

programe de lucru curente

Din punct de vedere logic, memoria RAM este organizata astfel:

Memoria conventionala (primii 640 kilobytes din 1MB RAM). Memoria conventionala este utilizata de catre programele de lucru si de catre sistemul de operare. Aceasta bariera de 640 constituie dezavantajul major al sistemului de operare MS-DOS care nu poate utiliza restul de memorie fizica pentru aplicatiile si datele de lucru. Acest inconvenient nu exista sub sistemul de operare MS Windows 95/98 care are o gestionare mult mai buna a memoriei.

Memoria superioara (Upper): zona de memorie intre 640 KB si 1MB RAM, adica restul de 384 KB dupa memoria conventionala. Acest spatiu de memorie este rezervat de catre sistemul de operare.

Memoria inalta - HMA (High Memory Area): primii 64 Kilobytes peste bariera de 640

kilobytes.

Memoria extinsa - XMS (Extended Memory Specification): memoria fizic disponibila peste 640 kilobytes. Ea poate fi accesata de catre aplicatii utilizand un program special numit manager de memorie extinsa (HIMEM.SYS).

Memoria expandata - EMS (Expanded Memory Specification): initial acest tip de memorie se concretiza prin introducerea unor placi speciale de memorie in interiorul calculatorului.

Renuntandu-se la aceasta practica, ea totusi exista si astazi datorita aparitiei pe piata a unor aplicatii care necesita o astfel de memorie. Numai ca este simulata in zone special dedicate pentru acest scop din memoria XMS. Se utilizeaza un program denumit manager de memorie expandata (EMM386.EXE).

Memoria RAM este cea care stocheaza datele de lucru in momentul procesarii lor (calcule artimetice, ordonare, etc.). Daca in timpul procesarii are loc intreruperea alimentarii cu tensiune a echipamentului, memoria RAM este golita de informatii si la repunerea sub tensiune trebuiesc reluate operatiile respective.

Datele finale, adica rezultatele procesarii sunt stocate pe medii permanente, pentru a fi accesibile ulterior.

c) Memoria cache: modul de memorie aflat pe placa de baza ce conduce la ridicarea vitezei de lucru in procesarea datelor prin stocarea celor mai recente date si/sau cod program (in functie de arhitectura UCPului).

In momentul in care sunt necesare anumite date pentru procesare, acestea pot fi citite din memoria cache in loc sa fie citite de pe hard-disc, daca ele se afla inca stocate in cache. Timpul de acces la memoria cache este cu mult mai redus decat timpul de acces la disc. Activarea si dezactivarea utilizarii memorie cache se poate realiza prin intermediul programului CMOS Setup.

Unitatea de Discheta (Floppy Disk Unit - FDU): realizata pentru a citi/scrie informatii de pe/pe dischete. Unitatile de 3.5 inch echipeaza in mod uzual echipamentele de calcul. Calculatoarele din generatiile mai vechi pot avea in dotare si o unitate de dischete de 5.25 inch, dar in general acestea au fost scoase din uz. Dischetele pot fi protejate la scriere; de exemplu, in cazul dischetelor de 3.5 inch acest lucru este realizat prin intermediul unei ferestre culisante. Deplasand fereastra astfel incat decuparea sa fie vizibila protejeaza discheta la scriere; obturand decuparea, pot fi scrise date pe discheta. Pe o discheta protejata nu se pot inscrie date. Acest lucru este util deoarece o discheta este in general utilizata pentru schimbul de date intre calculatoare, sau pentru a instala aplicatii noi si prin protectia ei ne asiguram ca datele de pe discheta nu pot fi afectate de virusi. Unitatile de discheta sunt desemnate prin literele alfabetului A sau B. Litera A corespunde primei unitati de discheta din

calculator, iar litera B celei de a doua unitati de discheta, daca aceasta exista. Unitatea de discheta A are un rol important deoarece de pe ea se incarca sistemul de operare, acesta fiind cel mai important program de pe calculator. Fara un sistem de operare, utilizatorul nu poate comunica cu echipamentul sau de calcul.

Hard-Discul (Hard-disk): reprezinta memoria permanenta de stocarea datelor si programelor. Pe hard-disc sunt stocate toate fisierele de date ale utilizatorului. Capacitatea sa se masoara in Megabytes sau Gigabytes.

Hard-discul se mai numeste si disc amovibil. El nu este vizibil deoarece se afla in interiorul echipamentului de calcul si este o componenta deosebit de sensibila care trebuie protejata la socuri mecanice, temperaturi mult prea inalte sau prea joase. In cazul in care un hard-disc prezinta defecte fizice, datele de pe acesta nu mai pot fi recuperate, de aceea se recomanda existenta unor copii de siguranta a datelor pentru orice eventualitate. In mod normal, intr-un echipament de calcul pot exista unul sau mai multe hard-discuri.

Exista cazuri speciale in care echipamentele nu sunt dotate cu hard-discuri, acestea utilizandu-se pe post de statie de lucru in retea. Unitatile de hard-disc sunt asociate cu literele alfabetului incepand cu litera C, care este alocata primului hard-disc din echipamentul de calcul. Al doilea hard-disc are alocata litera D, al treilea E, samd. De pe primul hard-disc al echipamentului se poate incarca sistemul de operare, timpul de incarcare al acestuia fiind mai scurt decat in cazul incarcarii lui de pe discheta, datorita ratei de transfer mai ridicate.

Unitatea pentru CD-ROM (CD-ROM unit): realizata pentru a citi discurile de tip CD-ROM. Ele pot contine urmatoarele tipuri de informatii: date, muzica, secvente video. Informatiile de pe un disc CD-ROM au un caracter permanent si nu pot fi sterse. Unitatile CD sunt accesate utilizand literele alfabetului care raman disponibile dupa alocarea hard-discurilor. De exemplu, daca un calculator are o unitate de discheta, doua harddiscuri si o unitate CD-ROM, atunci alocarea literelor se face astfel:

A - unitatea de discheta, C - primul harddisc (hard-discul primar), D - al doilea hard-disc, E - unitatea CD-ROM. In general pe un echipament de calcul

se monteaza o singura unitate CD-ROM, dar exista cazuri in care pot fi doua sau mai multe. Unitatile de CDROM se caracterizeaza prin viteza de citire a datelor: 2X (2 speed), 8X, 20X, etc..

Este important de stiut ca unitatile CD-ROM sunt de doua tipuri:

1. Cele uzuale pot numai citi informatiile de pe un disc CD, dar nu pot scrie date pe disc.

2. Exista unitatii de CD inscriptibile (CD Recorder) utilizate pentru a inscrie informatiile pe discurile. Pe langa echipamentul fizic, mai este necesar si un program special prin intermediul caruia se realizeaza inscriptionarea CD-urilor. In acest caz, unitatea se caracterizeaza prin doua viteze: cea de citire si cea de scriere. Un disc CD poate fi citit de unitati normale CD-ROM care au o viteza de citire mai mare sau egala cu viteza la care a fost inscriptionat.

In expansiune sunt unitatile CD reinscriptible care permit citirea si reinscrierea informatiilor.

Unitatea pentru discuri DVD (Digital Video Disk): urmatoarea generatie de discuri CD-ROM sunt DVDurile, care permit stocarea si redarea filmelor. Acest tip de unitate a fost lansata pe piata recent si necesita o placa speciala si software aferent pentru a putea fi utilizata.

Porturi Seriale: reprezinta una din modalitatile de schimb de date cu echipamentele periferice. Rata de transfer este relativ scazuta, deoarece transferul de informatii se face secvential. Putem face o analogie cu o autostrada care dispune de o singura banda de circulatie unde masinile (in cazul de fata, bitii de date) sunt nevoite sa circule in sir indian. Din punct de vedere al utilizatorului, portul serial este reprezentat printr-o mufa in spatele calculatorului la care se conecteaza echipamente periferice de tip serial: mouse, imprimanta seriala, modem extern, etc.

Porturile seriale se numesc porturi COM, urmate de cifra portului. In mod uzual pot exista pana la 4 porturi seriale: COM1, COM2, COM3, COM4. Porturile seriale se caracterizeaza prin numar de intrerupere si adresa I/O. Aceste caracteristici vor fi explicate in capitolele urmatoare.

Porturi Paralele: reprezinta una dintre caile de transfer a datelor din si spre exterior. Rata de transfer este superioara porturilor seriale deoarece transferul presupune transmisia simultana a 8 biti de date.

Urmand analogia de mai sus, putem face comparatie cu o autostrada care dispune de 8 benzi de circulatie. La porturile paralele se conecteaza echipamente periferice paralele, de exemplu o imprimanta.

Primul port paralel se numeste LPT1 si este in mod normal utilizat pentru conectarea imprimantei.

Placa video: impreuna cu monitorul face parte din ansamblul video al echipamentului de calcul. Exista anumite standarde stabilite pentru placile video, dintre care cele mai uzuale sunt: VGA (Video Graphics Adapter), SVGA (Super VGA), XGA (Extended Graphics Array).

Sursa de alimentare: utilizata pentru a transfera energia electrica preluata de la reteaua de alimentare in tensiuni de alimentare cerute de componentele echipamentului de calcul.

Alte placi:

• Placa retea
• Placa de sunet
• Placa SCSI pentru conectarea anumitor echipamente de tip SCSI
• Placa fax/modem
• Placa de video captura etc.

Este un echipament periferic de intrare destinat introducerii datelor. Pe tastatura exista urmatoarele grupe de taste:

Tastele alfanumerice: literele alfabetului, cifre si simboluri speciale (de exemplu: !"$%^&*+#@)

Tastele numerice din partea dreapta: formeaza keypad-ul numeric. Se utilizeaza in programele de calcul, pentru a introduce mai rapid cifrele.

Taste de control:

Odata cu lansarea sistemului de operare MS Windows 95 pe piata au aparut tastaturi cu taste noi:

Utilizat pentru vizualizarea informatiilor. Pentru a conecta un monitor la calculator este necesar un cablu special. Alimentarea monitorului cu energie electrica se realizeaza uzual prin cuplarea la calculator prin intermediul unui cablu, oferindu-se astfel si facilitatea de a deconecta monitorul automat la oprirea echipamentului de calcul. Astfel, apasarea butonului POWER al calculatorului controleaza simultan si echipamentul si monitorul.

Un monitor se caracterizeaza prin:

Dimensiunea diagonalei, masurata in inch. Cele mai uzuale sunt monitoarele de 14 inch. Pentru aplicatii grafice se recomanda monitoare cu diagonala mai mare, de cel putin 17 inch.

Posibilitatea de afisare a imaginii color sau monocrom.

Rezolutia care se masoara in pixeli si se refera la volumul de informatii care pot fi vizualizate pe ecran. Cu cat rezolutia este mai mare cu atat sunt afisate mai multe detalii.

Daca este ecologic ( Green) sau nu. Un monitor Green poate beneficia de functiile de economisire a energiei,in sensul ca daca utilizatorul uita calculatorul sub tensiune, dar nu lucreaza cu el un anumit interval de timp, monitorul decupleaza automat inalta tensiune, imaginea de pe ecran dispare si se trece in regim de asteptare a unui semnal din partea utilizatorului pentru a reveni la normal.

Daca este Interlaced sau Noninterlaced. Se refera la modul in care este afisata imaginea pe ecran.

Monitoarele Noninterlaced sunt mai performante, mai putin obositoare pentru ochiul uman.

Periferic utilizat pentru tiparirea informatiilor. Exista mai multe tipuri de imprimante, cele mai populare fiind:

Matriciala: cu ace. Utilizeaza casete cu benzi tusate pentru a tipari.

Ink-jet: utilizeaza pentru tiparire un cartus cu cerneala.

Laser: utilizeaza pentru tiparire un cartus cu toner.

In functie de modul de transfer al datelor, imprimantele se impart in urmatoarele categorii:

Seriale: se conecteaza la portul serial prin intermediul unui cablu serial. Acest tip de imprimante sunt lente si in general nu se mai folosesc.

Paralele: se conecteaza la portul paralel prin intermediul unui cablu paralel

Utilizat pentru interactiunea utilizatorului cu programele instalate pe calculator. In mod normal mouseul se cupleaza la portul serial, in general la COM1.

Exista mai multe tipuri de mouse, mai jos fiind enumerate numai cateva:

Cu butoane (2 sau trei): Este cel mai uzual mouse. Pentru a proteja mouse-ul se recomanda deplasarea acestuia pe un mouse pad.

Track-ball mouse.

Mouse cu butoane si tasta pentru scroll

La un echipament de calcul pot fi conectate si alte periferice:

• Scanner 
• Camera video
• Plotter
• Tableta grafica
• Fax/modem extern
• Joystick
• Microfon si boxe (pentru placa de sunet)
• etc.

Concluzie:

Un echipament de calcul este format din urmatoarele module principale:

Calculatorul propriu-zis, reprezentat prin placa de baza, pe care sunt dispuse componentele utilizate in procesare: UCP-ul (Unitatea Centrala de Prelucrare), memoria de lucru RAM, etc.

Echipamente pentru introducerea datelor, denumite echipamente periferice de intrare:

- Tastatura

- Mouse

- Scanner

etc.

Echipamente pentru afisarea datelor prelucrate, denumite echipamente periferice de iesire:

- Monitor

- Imprimanta

- Plotter

etc.

Echipamente pentru stocarea permanenta a datelor:

- Unitate pentru dischete (se utilizeaza drept mediu de stocare a datelor dischetele; capacitatea de stocare a dischetelor este mult mai redusa decat cea a hard-discurilor sau a dicusrilor CD)

- Unitate pentru hard-disk

- Unitate CDROM

- Unitate DVD (tehnologie noua, destul de putin raspandita printre utilizatorii obisnuiti) etc.

Unele echipamente periferice pot fi in acelasi timp de intrare si de iesire. De exemplu: fax/modem (pot fi trimise cat si receptionate date).

Conectarea intre calculator si echipamentele periferice se realizeaza prin intermediul unor cabluri specifice.