CALCULATORUL ELECTRONIC

CALCULATORUL ELECTRONIC

1. Notiunea

Calculatorul electronic este un dispozitiv foarte complex folosit in informatica la prelucrarea datelor, prelucrare care primeste din acest motiv atributul de automata sau electronica. El este un aparat construit pe baza elementelor de electronica, care poate executa instructiuni pentru a modifica datele intr-un anumit fel si pentru a realiza macar unele operatii fara interventia omului. Sunt prelucrate, pe baza unor reguli specifice (algoritmi), numere, texte, grafica, simboluri si muzica.

Dictionarul de informatica (1981) precizeaza ca un calculator este un sistem fizic care prelucreaza datele introduse intr-o forma prestabilita si furnizeaza rezultate fie intr-o forma accesibila utilizatorului, fie ca semnale destinate unor echipamente, iar Dictionnaire de notre temps (Hachette, Paris, 1988) defineste calculatorul ca fiind o masina capabila sa efectueze automat operatii aritmetice si logice (cu scopuri stiintifice, administrative, contabile etc.) plecand de la programe care definesc secventa acestor operatii.

Calculatorul este construit sa solutioneze probleme care, pe alta cale, ar putea fi rezolvate numai cu cheltuieli foarte mari si intr-un timp enorm de lung. Prelucrarea datelor foarte numeroase si de mare complexitate este foarte usoara cu calculatorul, in timp foarte scurt si cu foarte mare acuratete. Problemele trebuie sa fie definite si descrise exact pentru a putea fi transformate in scheme logice (organigrame) sau scrise in limbaje pseudocod foarte apropiate de limbajul natural. Cu ajutorul limbajelor de programare, aceste din urma elemente sunt codificate intr-un limbaj pe care il intelege calculatorul (limbaj cod masina).

Notiunea de calculator poate desemna calculatorul de buzunar, calculatorul de birou pentru contabilitate, calculatorul personal, automatele de comanda folosite la aparatele casnice, dar si calculatoarele mari, universale sau chiar supercalculatoarele utilizate pentru probleme complicate de analiza numerica, modelare, prognoze meteo etc.

Prin calculator se intelege de obicei un dispozitiv de calcul digital (bazat pe doua cifre: 0 si 1) si nu unul analogic (bazat pe semnale cu valori foarte variabile). Drept sinonime nerecomandate in limba romana se folosesc cuvintele computer sau ordinator. Primul, preluat din limba engleza, scoate in evidenta atributul de socotitor, de bun executant de calcule al unui calculator (to compute = a calcula), iar cel de-al doilea subliniaza si abilitatea acestui echipament de a ordona datele dupa criterii diverse (ordinateur, in limba franceza), facilitate de retinut in utilizarea eficienta a unui asemenea aparat.

Deoarece exista in limba romana termenul calculator care acopera prin semantica sa cele doua aspecte esentiale ce trebuie atribuite unui asemenea echipament (calcule, dar si aranjare, ordonare, sortare), acesta este singurul care, deocamdata, cu sau fara atributul electronic, trebuie sa fie folosit. Se va renunta, probabil, la atributul electronic atunci cand procesoarele cuantice sau calculatoarele moleculare avand atasate inclusiv structuri de tip ADN vor fi disponibile comercial pentru toti.

Acest material se va ocupa numai de PC (Personal Computer) - calculatoarele personale (astazi inca in mod preponderent electronice) care difera de cele prezente in bunurile de larg consum prin modul de functionare algoritmic, posibilitatea de a executa secvente de comenzi (programe) si modul de comunicare cu utilizatorul.

2. Principiul de functionare

Pentru calculator datele sunt atat materia prima cat si produsul finit.

Datele de intrare (Input Data) sub diferitele forme de reprezentare (text, numere, imagine, sunet) sunt introduse in memoria calculatorului unde sunt prelucrate (Processing) dupa regulile proprii cuprinse in instructiunile unui program si se obtin rezultatele care se prezinta utilizatorului intr-o forma pe care acesta sa o inteleaga, deci ca date de iesire (Output Data), ceea ce face sa se afirme ca se produce un proces pe principiul IPE, adica:

INTRARE => PRELUCRARE => IESIRE.

Datele de intrare sunt, pe de o parte instructiuni care sa comunice echipamentului ce si cum trebuie sa faca (deci programe), iar pe de alta parte sunt datele specifice pe care aceste instructiuni le solicita pentru a se putea efectua (date pentru program). Un program pentru rezolvarea ecuatiei de gradul 2 va solicita cele trei valori corespunzatoare pentru coeficientii a, b si c din reprezentarea canonica, iar un program pentru calculul mediilor pe fiecare an de studiu pentru studenti va cere ca date de intrare specifice notele pentru toate disciplinele prevazute in planul de invatamant al facultatii.

Din punct de vedere al functionarii, partile componente ale unui calculator se pot clasifica in:

. dispozitive de intrare care folosesc pentru introducerea datelor (tastatura, mouse, scanner, lightpen, touchscreen, microfilm etc.);

. unitatea centrala pentru memorarea interna si prelucrarea datelor;

. dispozitive de iesire care permit prezentarea datelor de iesire catre utilizator (monitor, imprimanta, plotter, difuzor etc.);

. suporturi pentru date care sunt elemente de memorie externa folosite pentru stocarea datelor pe o perioda de timp, in scopul refolosirii lor ulterioare (discheta, hard disk, CD etc.).

Partea principala a unui calculator este unitatea centrala, numita adesea calculator, restul dispozitivelor fiind numite periferice.

3. Structura si functionarea

Un calculator, fiind un bun care tinde sa devina de larga folosinta, trebuie sa fie compus dintr-un echipament fizic si instructiunile lui de folosire (un corp si un spirit).

Partea fizica, cea care poate fi vazuta (se poate pune mana pe ea) se denumeste hardware (in franceza le materiel), iar partea care da viata calculatorului dar nu se vede (nu se poate pune mana) constituie instructiunile de utilizare, partea logica, compusa din totalitatea programelor si se numeste software (in franceza le logiciel).

Un echipament fara software ramane un obiect mort, iar un program fara calculator poate semana cu o idee care nu si-a gasit creierul. Calculatorul, 'un idiot de geniu' (Gr. Moisil), ramane un obiect inutil, un 'idiot', atata timp cat nu este invatat ce si cum sa faca (nu are programe, deci software), putand produce doar, eventual, rugina in timp, dar daca este 'educat' cu software devine 'geniu', depasind cu mult prin realizari pe cel care l-a educat.

Unii autori apreciaza, pe buna dreptate, ca la cele doua componente esentiale din structura unui calculator trebuie sa se adauge si al treilea: manware, adica personajul care ajuta inca cele doua componente de baza sa ofere rezultatele scontate, prin manevre complementare, mai ales procedurilor software. Fara o decizie a omului din fata complexului hardware-software, fara interventia acestuia in alimentarea cu hartie a unei imprimante, sau in orice alta situatie in care se cere interventie umana (lipsa unui robot care sa inlocuiasca omul este evidenta) nu se poate duce la capat o actiune efectuata de catre calculator.

4. Hardware

Prin hardware se denumesc toate dispozitivele (componentele materiale) ce alcatuiesc un calculator:

. echipamentele fizice in care circuitele electronice asigura prelucrarea automata a datelor,

si

. echipamentele care asigura comunicarea intre om si calculator.

Circuitele electronice sunt componente electronice (de regula tranzistori) care functioneaza ca niste comutatoare, prezentand doua stari:

. starea de conductie (trece curent) reprezentata prin cifra 1;

. starea de blocare (circuit inchis, deci fara curent) reprezentata prin cifra 0.

Datele vor circula asadar in calculator numai in reprezentare cu cifrele 0 si 1 (cifrele sistemului de numeratie cu baza 2 numite bit de la o prescurtare inteligenta a lui Binary digit - cifra binara). Bitii sunt modelati cu ajutorul impulsurilor electrice care au aceeasi frecventa si care pot avea doua niveluri de tensiune, adica doua stari:

. nivel de tensiune ridicata (starea de 'sus') - cifra binara 1;

. nivel de tensiune scazuta (starea 'jos') - cifra binara 0.

Circuitele electronice integrate permit incapsularea a milioane de asemenea comutatoare cu doua stari intr-un spatiu foarte mic, putand modela si manipula milioane de biti.

Hardware-ul trebuie sa asigure, conform teoriei von Neumann, urmatoarele functii:

. functia de memorare;

. functia de comanda si control;

. functia de prelucrare;

. functia de intrare-iesire.

a. Functia de memorare asigura memorarea programelor si datelor corespunzatoare acestora pentru a face ca activitatea calculatorului sa fie continua, fara interventia permanenta a utilizatorului uman. Functia este asigurata de:

. memoria interna (centrala, principala, operativa);

. memoria externa (secundara, periferica, auxiliara).

In memoria interna se pastreaza datele care se exploateaza la un moment dat (programe, date de intrare, date intermediare, date de iesire), iar in memoria externa se pastreaza toate programele si datele de care poate sa aiba nevoie la un moment dat calculatorul.

b. Functia de comanda si control asigura:

. extragerea instructiunilor din memoria interna;

. analiza instructiunilor;

. comanda pentru executarea fiecarei operatii din structura unei instructiuni;

. extragerea din memoria interna a datelor de intrare necesare operatiilor;

. aranjarea datelor de iesire in memoria interna.

Functia este asigurata de unitatea de comanda si control (UCC).

c. Functia de prelucrare asigura efectuarea:

. operatiilor aritmetice (adunare, scadere, inmultire si impartire);

. operatiilor logice (SI logic, SAU logic si negatia).

Functia este asigurata de unitatea aritmetica-logica (UAL).

d. Functia de intrare-iesire asigura introducerea datelor de intrare (programe si datele corespunzatoare) in memoria interna si furnizarea rezultatelor (datele de iesire). Functia este asigurata de dispozitivele periferice de intrare-iesire si interfetele de intrare-iesire.

Calculatorul este un sistem format din mai multe blocuri functionale cu legaturi intre ele; de aceea a fost numit si SPAD (Sistem de Prelucrare Automata a Datelor).

Calculatoarele lucreaza si astazi dupa principiul masinii cu program memorat (formulat de John von Neumann) potrivit caruia, pentru a mari eficienta unei masini de calcul si a o forta sa execute cat mai multe operatii fara interventia omului, era necesar sa fie dotata cu un dispozitiv de memorare a comenzilor si datelor; acest dispozitiv trebuia sa lucreze cu viteza foarte mare si sa permita inregistrarea (memorarea) simpla si rapida a datelor. Datele si programele se memoreaza impreuna, sub aceeasi forma si sunt accesibile in acelasi mod. Unitatea centrala de prelucrare stie nu numai sa efectueze operatii de calcul, dar si sa extraga, sa decodifice si sa execute instructiuni ale programului.

Calculatoarele care nu respecta principiul masinii cu program memorat sunt de tip non von Neumann.

Arhitectura unui calculator defineste un set de reguli prin care subansamblele hardware sunt conectate fizic, fara sa se tina cont de amplasarea lor. Subansamblele sunt definite dupa functionalitate, astfel ca arhitectura unui calculator este data de:

. unitatea de comanda si control (UCC);

. unitatea aritmetica si logica (UAL);

. unitatea de memorie interna;

. unitatea de memorie externa;

. unitatile de intrare-iesire.

1. UCC impreuna cu UAL constituie unitatea centrala de prelucrare (CPU - Central Processing Unit) sau procesorul, care este creierul calculatorului. Aceasta coordoneaza si controleaza intreaga activitate a calculatorului, fiind capabila sa interpreteze programele, sa identifice instructiunile din programe, sa le decodifice, sa recunoasca codul operatiilor din instructiuni, sa activeze circuitul electronic corespunzator operatiei, sa execute operatii aritmetice si logice.

Datorita progreselor tehnologice, constructia CPU s-a bazat pe un singur circuit integrat numit microprocesor; circuitul integrat este o capsula in interiorul careia se gasesc zeci sau sute de mii de circuite electronice si care se numeste cip (chip). El se monteaza pe placa calculatorului cu ajutorul unor picioruse numite pini.

Microprocesoarele difera intre ele prin: numarul de instructiuni pe care le pot executa, viteza de executie si cantitatea de memorie pe care o pot accesa (adresa).

Setul de instructiuni pe care microprocesorul le intelege si le poate executa formeaza limbajul masina si este determinat de circuitele electronice implementate in microprocesor.

Pentru executarea operatiilor, UAL dispune de o memorie proprie, de dimensiuni reduse, organizata sub forma de registre. Atunci cand procesorul executa o instructiune, din memoria interna sunt aduse in registre operanzii pe care trebuie sa-i prelucreze UAL.

Microprocesorul poate sa execute urmatoarele operatii:

. cele patru operatii aritmetice de baza: adunarea, scaderea, inmultirea si impartirea;

. operatiile logice AND, OR, NOT si XOR; cu ajutorul lor se poate controla ordinea in care se executa instructiunile folosind:

.. testul, adica operatia de comparare intre valorile a doi operanzi,

.. saltul conditionat, adica executarea unei anumite secvente de instructiuni in functie de o conditie;

.. repetitia, adica executarea repetata a unei anumite secvente de instructiuni.

CPU se afla in interiorul carcasei calculatorului pe placa de baza (mainboard sau motherboard), alaturi de toate dispozitivele care o leaga pe aceasta de celelalte componente ale sistemului.

Viteza cu care procesorul prelucreaza datele depinde in principal de doi factori:

. frecventa de tact care arata cati pasi de lucru (tacturi) poate sa faca procesorul pe secunda (data in MHz);

. latimea registrului care arata cati biti prelucreaza intr-un tact calculatorul.

Un microprocesor este caracterizat prin:

. tip care indica apartenenta la o familie de microprocesoare cu caracteristici comune;

. frecventa de lucru, adica frecventa de tact a ceasului (ocscilatorului) care stabileste freventa impulsurilor pentru circuitele electronice ale calculatorului, prin care se comanda acestora sa execute operatii, si se masoara in MHz;

. lungimea cuvantului care reprezinta numarul de biti, mereu multiplu de opt, care pot fi prelucrati la un moment dat de microprocesor.

Asa cum s-a vazut, in orice calculator numerele sunt inregistrate codificat. Folosirea de coduri adecvate a dus la obtinerea unor rezultate remarcabile in ce priveste simplificarea constructiei unitatii de calcul, prin reducerea operatiei de scadere la operatia de adunare. Si cum orice inmultire este o adunare repetata, iar orice impartire este o scadere repetata, rezulta ca, prin folosirea acestor coduri pentru numere (cod direct, cod invers, cod complementar), in calculator se efectueaza numai adunari. S-a ajuns astfel la principiul reductionismului (reducerea la adunare a tuturor operatiilor aritmetice de baza cunoscute).

2. Memoria interna este locul unde munceste in principal calculatorul, unde sunt aduse datele de intrare si unde sunt inregistrate rezultatele, constituind un adevarat depozit curent (de tranzit) sau permanent. Deoarece toate instructiunile ce constituie programele si datele aferente acestora sunt codificate in binar, memoria va fi un depozit de secvente de biti. Fiecare bit este reprezentat printr-un comutator electronic individual, care va prezenta cele doua stari: ON (deschis) prin cifra binara 1 si OFF (inchis) prin cifra binara 0. Aceste comutatoare sunt realizate din circuite electronice grupate in circuite integrate (cipuri).

Instructiunile si datele se gasesc in memoria interna sub forma de cifre binare grupate in octeti (bytes) sau in cuvinte pe cere le prelucreaza procesorul. Pentru regasirea acestor date, memoria interna a fost impartita in zone de memorie (locatii de memorie). Locatia de memorie poate fi octetul (byte-ul) sau cuvantul si se identifica printr-o adresa unica; adresele sunt numere in reprezentare binara care se obtin pornind de la 0 si incrementand cu 1. Cuvantul de adresa reprezinta un sir de cifre binare, prelucrat de procesor, prin care acesta identifica adresa unei locatii de memorie.

Memoria este caracterizata prin: capacitate, timp de acces, ciclu de memorie.

Capacitatea memoriei interne indica dimensiunea acestui depozit de date.

Timpul de acces reprezinta intervalul de timp scurs din momentul in care s-a emis o cerere de acces la memorie (pentru o operatie de citire sau de scriere) si pana in momentul in care incepe executarea efectiva a operatiei respective.

Ciclul de memorie reprezinta timpul in care se realizeaza efectiv o operatie in memorie (scriere sau citire) si este masurat in micro sau nanosecunde.

Se intalnesc urmatoarele tipuri de memorie interna:

. memoria ROM (Read Only Memory) din care se poate executa numai operatii de citire; este o memorie remanenta (la scoaterea de sub tensiune a calculatorului, datele din aceasta memorie se pastreaza) constituita din cipuri 'arse' care asigura un acces ultrarapid si care este folosita pentru memorarea unor programe fosrte des folosite, scrise de producator (firmware) necesare, mai ales, sistemului de operare, programe care asigura functii specifice echipamentului, driver-e care alcatuiesc un sistem de baza pentru intrari-iesiri (BIOS, Basic Input-Output System);

. memoria RAM (Random Acces Memory) este memoria volatila, care pastreaza, temporar, pe dutata folosirii lor, ca o zona de tranzit, programe si datele atasate lor, fiind asadar accesibila, pe baza sistemului de adrese, in orice ordine, atat in scriere cat si in citire; dimensiunea acestui tip de memorie da valoarea capacitatii memoriei interne, de ea depinzand lungimea maxima a unui program ce poate fi rulat, sau numarul de programe rulate la concurenta (multitasking);

. memoria CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor) prezenta la modele mai noi de calculatoare, memorie construita din circuite integrate, de tip RAM, dar al carui continut este pastrat permanent (memorie remanenta) gratie unui acumulator propriu care-i asigura alimentarea si atunci cand calculatorul nu este sub tensiune. Aceasta memorie pastreaza date despre configuratia calculatorului, tipul si capacitatea memoriei externe, data calendaristica si timpul, parola de acces etc. Aceste date pot fi modificate de catre utilizator atunci cand se opereaza modificari in configuratia calculatorului. Bateria acestei memorii se incarca singura atunci cand calculatorul este sub tensiune;

. memoria cache prezenta la unele calculatoare este o memorie tampon (de lucru) situata functional intre memoria interna (RAM) si procesor (apartine procesorului) pentru a asigura o viteza mai mare la datele din memoria interna. Deoarece procesorul este mult mai rapid decat memoria interna, pentru a nu astepta pana ce se acceseaza si se transfera datele necesare, acestea (in special instructiuni de program) sunt pastrate in memoria cache (care are viteza apropiata de cea a procesorului), reducand numarul de accese la memoria interna; exista diverse metode de a determina cele mai probabile blocuri de date care ar putea fi reutilizate si, deci, pastrate in memoria cache.

3. Sistemul de intrare-iesire asigura comunicatia calculatorului cu mediul inconjurator cu ajutorul echipamentelor specializate numite dispozitive periferice (Peripheral devices), care sunt:

. dispozitivele de intrare-iesire;

. memoriile externe.

In interiorul calculatorului, intre procesor, memorie si dispozitivele periferice datele circula codificat in binar, sub forma unor siruri de biti, pe magistrale (bus).

Dupa natura datelor care circula, magistralele (manuchiuri de cabluri electrice pe care circula date sub forma impulsurilor electrice cu doua niveluri de tensiune, corespunzatoare celor doua valori binare, inlocuite prin trasee de cupru pe o placa cu circuit imprimat) pot fi: de date (pe care circula adresele si datele) sau de comenzi.

Dupa sensul de circulatie al datelor, magistralele pot fi unidirectionale sau bidirectionale.

Dispozitivele periferice se conecteaza la magistrala prin intermediul unor interfete, numite si controlere, adaptoare, driver-e etc. Rolul acestora este:

. de a controla traficul intre dispozitivul periferic si magistrala (se intalnesc viteze total diferite);

. de a transforma semnalele, la nevoie, din serie in paralel sau invers, pentru asigurarea compatibilitatii intre sursa si receptorul semnalului;

. de a converti semnalele dintr-un sistem de codificare in altul, dispozitivele periferice putand utiliza sisteme diferite de codificare a datelor;

. de a pregati semnalul corespunzator transmisiei datelor la distanta.

Dispozitivele de intrare-iesire asigura interfata dintre calculator si om si pot fi:

. dispozitive de intrare;

. dispozitive de iesire;

. dispozitive de intrare-iesire.

Dispozitivele de intrare (Input Devices) sunt dispozitive folosite pentru a alimenta calculatorul cu instructiuni si date pentru instructiuni prin operatia de citire (read). In aceasta categorie intra: tastatura, mouse-ul, scannerul, microfonul, cititorul de cartele, cititorul de banda perforata, creionul optic si altele.

Datele citite pot fi: caractere introduse de la tastatura, imagini, sunete, diversi parametri masurati in diverse locuri etc. Oricare ar fi datele citite, un dispozitiv de intrare functioneaza cam dupa acelasi principiu:

. preia datele de introdus;

. le imparte in unitati conform unui algoritm propriu;

. codifica fiecare unitate intr-o secventa de biti;

. transmite secventa de biti pe magistrala in memorie.

Dispozitivele de iesire (Output Devices) permit extragerea si comunicarea catre utilizator a rezultatelor prelucrarilor comandate si informatiilor despre starea sistemului, prin operatia de scriere (write). In aceasta categorie intra: monitorul, imprimanta, difuzorul, plotterul, perforatorul de cartele, perforatorul de banda perforata etc.

Datele primite de la procesor sunt secvente de biti care sunt decodificate si transformate astfel incat sa poata fi intelese de om sau de un mecanism comandat de calculator. Secventele de biti pot fi corespunzatoare textelor, tabelelor numerice, desenelor, sunetelor, comenzilor pentru actionarea aparatelor mecanice etc.

Dispozitivele de intrare-iesire (Input-Output Devices) realizeaza comunicatia in ambele sensuri, prin operatii de citire si scriere. In aceasta categorie intra: interfata pentru teletransmisie, consola, placa multimedia etc. Tot aici ar putea fi introduse si echipamentele care permit operatii de scriere/citire pe suporturi magneto-optice (dispozitivul pentru discheta, pentru CD, hard disk-ul etc.), dar ele sunt prezentate in subdiviziunea memoriilor externe.

Suporturi pentru date

In operatiile de scriere/citire dispozitivele periferice folosesc cel mai adesea suporturi pentru date, medii prin care se transmit date intre calculator si utilizator. Cele mai cunoscute suporturi pentru date sunt: hartia, simpla sau cartonata, suporturile magneto-optice etc.

Pe suporturi pentru introducere, datele sunt scrise dupa aceleasi reguli ca si in memoria interna, adica in binar, dupa conventii specifice. Astfel, pe suport de hirtie o pozitie este perforata pentru 1 si neperforata pentru 0, iar pe suporturi magnetice magnetizarea particulelor prin magnetizare pozitiva pentru 1, respectiv magnetizare negativa pentru 0.

Clasificari

. in functie de gradul de utilizare:

.. suporturi nereutilizabile, adica suporturi pe care se poate executa o singura operatie de scriere pe o anumita zona de suport (in general suporturi din hartie);

.. suporturi reutilizabile, adica suporturi care accepta mai multe operatii de scriere pe aceeasi zona de suport, datele vechi stergandu-se prin operatia de scriere peste ele.

. in functie de operatiile executate asupra suportului:

.. suporturi de intrare, adica suporturi de pe care calculatorul poate numai sa citeasca;

.. suporturi de iesire, adica suporturi pe care calculatorul poate numai sa scrie;

.. suporturi de intrare-iesire, adica suporturi pe care calculatorul poate sa scrie (date de iesire), dar sa si citeasca ceeace a scris (date de intrare).

. in functie de modul de acces la date:

.. suporturi cu acces secvential, adica suporturi la care calculatorul trebuie sa parcurga toate zonele precedente zonei unde poate sa efectueze operatia de scriere sau de citire;

.. suporturi cu acces direct, adica suporturi la care calculatorul are posibilitatea sa localizeze direct zona pentru operatia de scriere sau de citire. Acest lucru presupune ca suportul este impartit (ca si memoria interna) in locatii identificate prin adrese unice pe care calculatorul le va folosi pentru a localiza zona dorita, fara a mai parcurge toate zonele precedente.

Memoriile externe sunt suporturi magneto-optice reutilizabile pe care datele se pastreaza codificat in forma binara. Memoria externa, in care datele care se prelucreaza se afla in timpul prelucrarii, este o memorie volatila (neremanenta) si de capacitate mica. O sesiune de lucru cu calculatorul dureaza din momentul pornirii acestuia si pana in momentul opririi. In acest interval de timp, in memoria interna sunt aduse (incarcate) programele care vor fi executate (rulate) de catre procesor si datele solicitate de instructiunile acestor programe. Rezultatele obtinute sunt depuse tot in memoria interna. La scoaterea de sub tensiune a calculatorului, intreg continutul memoriei interne se pierde, si de aceea este necesar ca programele si anumite date corespunzatoare sa fie pastrate (salvate) in afara memoriei interne si in afara sesiunii de lucru pentru a putea fi folosite ulterior. Pastrarea aceasta se face in memoriile externe.

Micocalculatoarele compatibile IBM PC folosesc ca memorii externe discurile. Pe un disc din plastic (material flexibil) sau aluminiu (material rigid) este depus un strat cu proprietati fermagnetice, substanta ce poate fi magnetizata dupa doua directii corespunzator cifrelor binare, datele putand fi pastrate si in afara sesiunii de lucru, pentru reutilizari ulterioare.

Discul flexibil (Floppy Disk, FD) a asigurat trecerea de la primele modele la actualele PC-uri performante. Chiar daca spatiul de memorare a devenit extrem de mic (1,44 MB), iar posibilitatea de defectare este mare, ramane inca un suport folosit pentru ca este foarte ieftin, dar si reutilizabil. De aceea, dispozitivul care foloseste discul flexibil este prezent la orice calculator.

Discul fix (Hard Disk-ul) este un dispozitiv cu capacitate de memorare mare. El consta din unul sau mai multe discuri magnetice suprapuse, care se rotesc in acelasi timp in jurul unui ax. Viteza unui hard disk depinde de timpul mediu de acces (timpul pentru accesul unei zone - sector de disc) si viteza de transmisie a datelor (cantitatea de date pe care hard disk-ul poate sa o citeasca intr-o secunda). Fiind cel mai mare consumator de energie electrica, este plasat in carcasa, in apropierea sursei de alimentare si este alimentat direct de la aceasta. Daca majoritatea calculatoarelor sunt dotate cu cel putin un hard disk, exista, pentru situatii speciale, si hard disk-uri portabile (chiar de buzunar - Pocket Hard Disk).

CD-ul este un suport cu capacitate ce depaseste 600 MB, o memorie externa pe un suport optic special, scrisa in fabrica cu o aparatura speciala care foloseste laserul si memoreaza datele sub forma binara, la fel ca si discul flexibil. Laserul este un fascicul de lumina foarte concentrat care 'arde' locatiile in care trebuie sa se memoreze cifra binara 1 si lasa intacte locatiile ce trebuie sa primeasca cifra binara 0. Dispozitivul care citeste este asemanator celui folosit in aparatura audio.

De catva timp CD-ul exista nu numai sub forma ROM (read only memory), tot mai mult se utilizeaza asa-numitul arzator de CD-uri (aparat cu care se pot scrie date pe CD); exista doua tipuri de CD-uri imprimabile:

. CD-R, care poate fi scris (imprimat) o singura data;

. CD-RW, care poate fi imprimat de mai multe ori.

DVD reprezinta un dispozitiv cu un suport de foarte mare capacitate (pe o parte pana la 8,5 GB, iar pe ambele parti pana la 17 GB) ce poate fi utilizat ca purtator universal de date: pentru muzica, inregistrari video, si evident, pentru calculator.

Unitatile de disc ZIP si JAZ sunt dezvoltate de firma Iomega. Unitatea de disc este fie un aparat de sine statator, in afara carcasei calculatorului, conectat prin cablu si interfata, fie o unitate fixa, incorporata in carcasa calculatorului. Suporturile seamana destul de mult cu dischetele, dar au capacitati de memorare mult mai mari (intre 100 si 250 MB pentru ZIP, in timp ce modelul JAZ ajunge la 1 GB).

Banda magnetica este un suport rezonabil ca pret, dar dispozitivul lucreaza greoi pentru ca accesul la date este secvential. Un model este streamer-ul, care memoreaza datele pe casete cu banda magnetica avand dimensiuni de sute de MB).

Calculatoarele compatibile IBM PC sunt de doua tipuri:

. calculatoare de birou;

. calculatoare portabile.

Calculatoarele de birou sunt dependente de o sursa de alimentare (se conecteaza la reteaua electrica cu cordon de alimentare si priza). Sunt instalate pe masa de lucru, potrivit unor reguli clare de ergonomia, protectia si securitatea muncii si sunt formate, in general din:

. cutia (carcasa) in care se gasesc placa de baza, sursa de alimentare, ceasul, iar sub forma de placi si unitati conectabile, memoria interna, micoprocesorul, magistrala, interfetele dispozitivelor periferice si unitatile de memorie externa (discurile); pe sau langa placa de baza se gasesc conectorii la magistrala (sloturi) prin intermediul carora se leaga optional la placa de baza placile adaptoare pentru ecran, imprimanta, unitatile de disc flexibil, modem, dar si placile suplimentare de memorie interna;

. un monitor care este echipat cu tub cinescop;

. o tastatura;

. un mouse.

Aceste componente se leaga intre ele prin intermediul unor cabluri.

Dupa modul cum sunt dispuse carcasele, calculatoarele pot fi:

. desktop, atunci cand carcasa este dispusa pe orizontala, iar monitorul este asezat, de regula, deasupra ei;

. mini-tower, atunci cand cutia este asezata pe verticala.

Calculatoarele portabile sunt de dimensiuni reduse, au alimentare proprie si au fost concepute pentru a putea fi deplasate usor. Toate componentele sunt inglobate intr-o singura componenta: valiza.

6. Configuratia unui sistem de calcul

Configuratia unui calculator este ansamblul componentelor conectate la unitatea centrala de prelucrare pentru a realiza sistemul de calcul (privit ca un ansamblu de componente cu legaturi functionale intre ele).

Calculatorul poate avea:

. o configuratie minima;

. o configuratie maxima.

Configuratia minima este data de numarul minim de componente necesare pentru ca sistemul sa devina operational. Ea cuprinde de regula: procesorul, memoria interna, o unitate de memorie externa, tastatura, mouse-ul si monitorul.

Configuratia maxima este precizata de numarul maxim de componente care pot fi conectate la procesor. Intre configuratia minima si cea maxima utilizatorul isi poate alege pe cea care-i satisface nevoile si se incadreaza in resursele sale financiare.

Facand o paralela cu corpul omenesc, carcasei ii corespunde cutia craniana, in care se afla unitatea noastra centrala, creierul, dar si memoria (interna, ca zona temporara de lucru, dar si memorie auxiliara, nevolatila prea curand in timp) si alte unitati (precum urechile, ca dispozitive de intrare etc.), magistrala de date ar putea fi considerat sistemul nervos, dispozitivele de intrare ar putea fi asimilate cu partile corpului responsabile cu cele cinci simturi, iar periferice de iesire ar putea fi considerate toate acele parti ale corpului omenesc care primesc date de la centru si executa comenzi.

7. Software

Prin software pentru calculator se intelege totalitatea programelor destinate sa asigure conducerea si controlul procesului de prelucrare, precum si efectuarea de lucrari pe masura necesitatilor utilizatorului.

Programul pentru calculator (spre a fi deosebit de cel al unui partid politic, al unui teatru, al televiziunii .. etc.) este o colectie de comenzi de operatii care se dau calculatorului. Aceste comenzi se numesc instructiuni si determina aptitudinile si functiunile unui calculator. Ele sunt codificate in binar si sunt tratate de catre UCC. In corpul instructiunii nu se precizeaza operanzii operatiei, ci adresele din memoria interna la care se gasesc acestia. Pentru o instructiune care actioneaza cu doi operanzi exista codul operatiei pe care trebuie sa o execute UAL, adresa primului operand, adresa celui de-al doilea operand si adresa locatiei din memoria interna la care se va depozita rezultatul.

Software-ul este compus din doua mari componente:

. sistemul de operare (software de sistem, de baza);

. programele de aplicatie (software de aplicatie).

Sistemul de operare (Operating System) este totalitatea programelor care asigura functionarea si administrarea echipamentului, supervizand si controland intreaga activitate a calculatorului. Sistemul de operare asigura legatura dintre componentele logice si fizice ale sistemului si este specific unei anume clase de calculatoare, fiind similar setului de instructiuni de utilizare ale unui aparat electro-casnic care nu se potrivesc decat acelei clase. Sistemul de operare (SO) gestioneaza resursele calculatorului:

. resurse fizice: componentele hardware - procesorul, memoria interna, sistemul de intrare-iesire;

. resurse logice: componentele software - programele si datele asociate acestora.

Componentele SO care controleaza in permanenta activitatea calculatorului trebuie sa fie rezidente in memoria interna tot timpul cat acesta functioneaza, deci la inceputul fiecarei sesiuni de lucru programele rezidente trebuie incarcate in memoria interna.

Sistemul de operare indeplineste urmatoarele sarcini:

. organizarea procedurilor de pornire ale calculatorului;

. administrarea CPU;

. transportul datelor in interiorul sistemului;

. administrarea memoriei interne;

. dialogul cu utilizatorul (operatorul sistemului);

. coordonarea programelor de aplicatie.

Programele de aplicatie (Application Programs) sunt acele programe care realizeaza sarcini specifice unei clase de utilizatori. Ele sunt scrise de programatori, din proprie initiativa sau la cererea utilizatorilor si codifica, intr-un limbaj de programare, algoritmul de rezolvare a problemei. Sunt cunoscute programe in toate domeniile: pentru editare, prelucrare si memorare de texte, pentru calcule stiintifice, economice sau statistice, pentru conducere de procese in diverse ramuri de activitate, pentru concepere si administrare de baze de date, pentru concepere de imagini, pentru jocuri, pentru navigare in retele etc.

8. Pornirea si oprirea calculatorului

Carcasa metalica in care se gasesc partile esentiale ale calculatorului este prevazuta cu cel putin un comutator (POWER) ce foloseste la alimentarea cu energie electrica, deci la pornirea/oprirea calculatorului prin apasare/rotire. Pornirea calculatorului prin alimentare de la reteaua electrica poarta si denumirea de pornire la rece (start la rece) si este continuata prin incarcarea sistemului de operare (de pe discheta, CD sau, in ultima instanta, de pe hard disk).

Oprirea se face adesea de la acelasi comutator, dar la sistemele mai noi, oprirea normala a sistemului de operare poate induce si oprirea alimentarii cu energie electrica. Daca calculatorul functioneaza anormal si nu poate fi oprit mai intai sistemul de operare, atunci oprirea trebuie facuta din butoane care intrerup alimentarea cu energie electrica.

Repornirea unui calculator, in inteles de reincarcare a sistemului de operare, se realizeaza prin utilizarea butonului RESET sau a unui buton cu rol similar. Acest mod de pornire (fara deconectare de la retea) se numeste pornire la cald (start la cald).

Monitorul trebuie pus si el sub tensiune, daca nu cumva este alimentat din sursa carcasei, si pornit/oprit din comutatorul propriu.