| CATEGORII DOCUMENTE |
- INFORMATICA JURIDICA -
I N T R O D U C E R E
Informatica este o disciplina care construieste baza stiintifica pentru mai multe domenii, ca :
- proiectarea si programarea calculatoarelor
- prelucrarea informatiilor
- rezolvarea algoritmica a problemelor
- procesul algoritmic propriu-zis
Prin urmare, nu putem reduce studiul informaticii la deprinderea modului de utilizare a calculatoarelor actuale (eventual a PC-urilor), ci trebuie sa intelegem atat aria de cuprindere, cat si dinamica unui mare numar de domenii inrudite.
a) Studiul algoritmilor
Algoritm = set de pasi prin care se defineste modul in care poate fi dusa la indeplinire o anumita sarcina.
In domeniul calculatoarelor algoritmii sunt reprezentati prin programe.
Aceste programe formeaza software-ul, spre deosebire de calculatoarelor propriu-zise care poarta numele de hardware.
Pentru ca un calculator sa poata duce la indeplinire o anumita sarcina, trebuie [ca mai intai] sa se descopere si sa se reprezinte sub forma de program un algoritm pentru efectuarea sarcinii respective.
Algoritmii ocupa un rol central in informatica. Principalul obiectiv al acestor eforturi era descoperirea unui set mic de instructiuni care sa descrie modul de rezolvare a oricarei probleme dintr-o anumita categorie.
Unul dintre cele mai cunoscute rezultate obtinute in acest domeniu este algoritmul lui Euclid (descoperit in antichitate de matematicianul precizat).
Determinarea celui mai mare divizor comun a 2 numere intregi pozitive.
Descriere: Algoritmul primeste ca intrare 2 numere intregi pozitive si calculeaza cel mai mare divizor comun al celor 2 numere.
Procedura
Pasul 1 Se noteaza cu M cea mai mare valoare si cu N cea mai mica valoare de intrare.
Pasul 2 Se imparte M
Pasul 3 Daca R ¹ , se atribuie lui M valoarea N si lui N valoare R, apoi se revine la pasul 2: cel mai mare divizor comun al celor 2 numere este valoarea notata cu N.
Dupa descoperirea algoritmului (in cazul nostru al lui Euclid), intr-un fel, putem spune ca toate informatiile necesare pentru efectuarea [activitatii] operatiei respective sunt incluse intr-o forma codificata in algoritm.
Dezvoltarea algoritmilor este o preocupare majora in domeniul efectuarii calculelor si principalele probleme legate de aceasta actiune sunt :
Descoperirea unui algoritm care sa rezolve o problema (gasisirea solutiei pentru o problema). Pentru anumite domenii (ex. contabilitate), algoritmii se gasesc exprimati in legi si metodologii (norme) specifice.
Reprezentarea algoritmului intr-o forma in care poate fi comunicata unei masini sau altor oameni. Adica scrierea unui algoritm trebuie transcris din forma conceptuala intr-un set clar de instructiuni lipsit de ambiguitate. Exista o multime de variante de scheme de reprezentare a algoritmilor numite limbaje de programare.
In prezent, in acest domeniu s-au realizat sisteme automate de organizare si planificare care permit si nespecialistilor sa dezvolte, fara ajutor din afara, sistemele de care au nevoie. Exprimarea curenta a acestei activitati este ingineria software.
Scopul acestor prelegeri nu este prezentarea in detaliu a modului in care arhitectura calculatoarelor este implementata prin intermediul circuitelor electronice (este vorba de un alt domeniu electronic).
Ar fi de dorit ca arhitectura calculatoarelor sa reflecte numai cunostintele legate de procesele algoritmice si sa nu fie limitata de tehnica.
Arhitectura calculatoarelor poate fi studiata si in alt context decat acela al stocarii si regasirii datelor. In acest domeniu, caracteristicile interne ale calculatorului se reflecta adesea in caracteristicile externe. Proiectarea sistemele de calcul este strans legata de interfata lor cu lumea exterioara. De exemplu, se pune problema modului in care algoritmul poate fi furnizat calculatorului si a modului de precizare in care algoritm sa fie executat.
In contextul in care calculatorul indeplineste diferite sarcini, trebuie rezolvate multe probleme legate de coordonarea activitatilor si alocarea resurselor .
b) Dezvoltarea masinilor algoritmice
Unul din primele dispozitive de calcul utilizate de oameni a fost abacul. Prezenta lui a fost atestata in civilizatiile antice (greaca si romana), el fiind folosit si astazi. Bilele pozitionate pe sarme in cadrul abacului semnifica anumite valori.
Abacul reprezinta si stocheaza valori prin pozitia bilelor asezate de operatorul uman (intrarile) care, de asemenea, observa pozitiile finale ocupate de bile, ceea ce reprezinta rezultatul (iesirile). Deci abacul este o masina de stocare a datelor si devine o masina algoritmica numai impreuna cu omul care-l utilizeaza.
Proiectarea masinilor de calcul s-a bazat intr-o vreme pe tehnologia rotilor dintate.
Printre inventatorii acestui tip de masini de calcul s-a aflat si Blaise Pascal (1623-1662), Gottfried Leibniz (1646-1716) si Charles Babbage (1792-1871).
Masinile lor reprezentau datele prin pozitionarea unor roti dintate, datele de intrare erau furnizate mecanic prin stabilirea pozitiei particulare a acestor roti.
In cazul masinilor lui Pascal si Leibniz, valorile de iesire erau obtinute prin observarea pozitiei finale a rotilor (similar citirii numerelor pe indicatorul de kilometraj al masinii). La masina lui Babbage rezultatele se tipareau pe hartie, evitand erorile de transcriere.
In ceea ce priveste abilitatea de a urma algoritm putem spune ca:
- masina lui Pascal efectua numai adunari;
- masina lui Leibniz avea algoritmii (operatiile aritmetice) inglobati, dar operatorul trebuia sa-l selecteze pe cel dorit;
- masina lui Babbage era astfel proiectata incat secventa de
pasi trebuia executata sa poata fi comunicata acesteia prin
perforarea intr-un anumit mod a unor cartele de hartie.
Mai tarziu, Herman Hollerith (1860-1929) a folosit ideea reprezentarii informatiilor sub forma unor perforatii in cartele de carton, pentru imbunatatirea procesului de inregistrare in cadrul recensamantului efectuat in 1890 in Statele Unite. Lucrarile sale au stat la baza crearii companiei I B M.
Anul de nastere al informaticii tehnice este 1946 cand a fost creat creat computerul electronic de integrare numerica aritmetica construit cu tuburi electronice si cantarind sute de tone.
John von Neumann a construit in 1951 calculatorul EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), iar in 1949
c) Evolutia informaticii
Capacitatea-limita de stocare a datelor, ca si procedurile de programare consumatoare de timp au reprezentat restrictii care au redus complexitatea algoritmilor executati de primele generatii de calculatoare.
Pe masura ce aceste limite au inceput sa fie depasite, sistemele de calcul au inceput sa fie folosite pentru sarcini de mai mare anvergura, din ce in ce mai complexe.
Eforturile s-au indreptat din ce in ce mai mult catre studiul algoritmilor si al procesului de programare.
Aceste eforturi se pot aduna, fara a exagera, in stiinta algoritmilor. Aria de cuprindere a acestei stiinte este foarte larga, incluzand subiecte de matematica, inginerie, psihologie, management, lingvistica etc.
Ceea ce ne propunem sa prezentam in cadrul acestor prelegeri (lectii) sunt :
. ideea centrala a fiecarui domeniu
. directiile curente de cercetare
. tehnicile utilizate in domeniul respectiv.
De exemplu, in domeniul programarii ne vom concentra asupra principiilor de baza ale instrumentelor de programare si asupra evolutiei lor, si nu asupra dezvoltarii abilitatilor de programare.
Pentru a nu pierde din vedere imaginea de ansamblu, vom incerca sa identificam cateva intrebari fundamentale pentru informatica :
1) Ce probleme se pot rezolva prin procesele algoritmice ?
2) Cum se pot descoperi algoritmii ?
3) Cum se pot imbunatati tehnicile de reprezentare si comunicare a algoritmilor ?
4) Cum pot fi aplicate cunostintele dobandite cu privire la algoritmi ( tehnologia in vederea obtinerii unor masini algoritmice imbunatatite ) ?
5) Cum pot fi analizate si comparate caracteristicile diversilor
algoritmi ?
Limite Executie
Analiza Algoritmi Comunicare
Descoperire Reprezentare
Fig. c. Rolul central detinut de algoritm in informatica
d) Rolul abstractizarii
Pentru sistemele de o complexitate care depaseste capacitatea noastra de intelegere se poate privi sistemul respectiv ca un ansamblu de componente ale caror caracteristici interne pot fi ignorate, ceea ce ne permite sa ne concentram asupra modului in care componentele respective interactioneaza unele cu altele si asupra modului cum sunt utilizate pentru construirea unor componente de nivel mai inalt.
Aceasta distinctie care se face intre proprietatile externe ale unei componente si detaliile interne care tin de constructia componentei respective poarta numele de abstractizare.
In orice progres obtinut, o mica parte a societatii noastre se specializeaza in implementarea lui, ceilalti folosesc rezultatul ca pe un instrument abstract, deci o unealta a carei implementare interna nu suntem obligati sa o intelegem.
e) Implicatii etice, sociale si juridice
Informatica estompeaza multe distinctii are serveau in trecut ca reguli pe care oamenii isi intemeiau deciziile si pune sub semnul intrebarii o parte din principiile care stau la baza societatii, ca de exemplu :
Care este diferenta intre un comportament inteligent si
inteligenta propriu-zisa ?
- In ce conditii putem vorbi despre existenta vietii ?
- Care este diferenta intre plante si animale ?
Informatica genereaza asemenea intrebari, punand in discutie principiile si bazele pe care este construita cunoasterea noastra.
In context juridic, se pune intrebarea in ce masura cineva poate detine in proprietate un produs software si care sunt drepturile si obligatiile care decurg din aceasta proprietate.
In domeniul eticii, suntem confruntati cu numeroase optiuni care pun la indoiala principiile uzuale de comportament.
In context politic, apare intrebarea daca si in ce masura tehnologia calculatoarelor si aplicatiile acesteia trebuie controlate de stat.
Rezolvarea acestor probleme necesita existenta unor cunostinte organizate sub forma metodelor, tehnicilor, normelor pentru fiecare stiinta sau tehnologie pusa in discutie.
Pentru a putea sa luam decizii logice cu privire la depozitarea deseurilor radioactive, trebuie sa intelegem care sunt efectele radiatiilor, care sunt masurile de protectie care trebuie luate si sa putem evalua durata de risc.
Pentru a acorda sau nu guvernelor sau companiilor dreptul de a construi baze de date referitoare la cetateni sau clienti, membrii societati trebuie sa inteleaga care sunt posibilitatile, limitele si implicatiile tehnologiei bazelor de date.
Ceea ce va fi prezentat in cursul pe care-l propunem va furnizeaza aceste cunostinte elementare in domeniul a ceea ce numim i n f o r m a t i c a.
Cu toate acestea, stiinta nu reuseste intotdeauna sa raspunda clar si hotarat tuturor problemelor sociale care-i sunt ridicate. Nu intotdeauna exista un singur raspuns corect; de multe ori asa-zisele solutii sunt in fapt compromisuri intre mai multe puncte de vedere.
Este nevoie de capacitatea de a asculta si de a intelege si alte puncte de vedere, de a purta discutii rationale si de a-ti schimba opiniile in functie de datele obtinute in urma dialogului.
Pentru a incuraja un astfel de comportament, fiecare capitol al cursului se va finaliza cu un set de intrebari si teste pe care le consideram, mai ales in contextul profesiunii pe care ati ales-o, la fel de importante ca si aspectele teoretice propuse spre dezbatere.
1. CALCULATORUL PERSONAL ( P C )
1.1. CE ESTE UN PC
PC-ul este alcatuit din doua categorii de elemente: componente hardware si software. Printre componentele hardware se pot remarca: carcasa PC-ului, monitorul, imprimanta, mouse-ul, modem-ul, placile electronice atasate computerului si chiar cablurile de legatura. Printre componentele software se remarca sistemul de operare si alte programe utilitare. In acest capitol ne propunem tratarea componentelor hardware ale calculatorului.
Carcasa PC-ului contine principale componente electronice ale computer-ului; memoria RAM, procesorul (CPU), placa de baza, placile video, sloturile de rezerva si de extensie, hard-discul, sursa de alimentare.
Monitorul afiseaza imagini, de obicei color, pe un ecran cu diagonala de minimum 15' (inches).
Tastatura serveste la introducerea datelor, la controlul programelor, prin deplasarea cursorului pe ecran.
Mouse-ul este folosit pentru controlul programelor, prin deplasarea pe ecran a cursorului.
Imprimanta imprima fisierele pe hartie. Exista imprimante alb-negru si color.
Prin modem computerul se conecteaza la reteaua telefonica, dispunand de toate facilitatile oferite de telecomunicatii.
Procesul de prelucrare a datelor este orientat pe trei directii: intrarea, prelucrarea propriu-zisa si iesirea.
Intrarile reprezinta introducerea informatiilor in computer si permit controlul asupra instructiunilor care au fost transmise computerului in acest sens.
Dispozitivele de intrare cele mai cunoscute sunt tastatura, mouse-ul si scanner-ul.
Tastatura este esentiala pentru introducerea textului si a cifrelor, ea cuprinde taste alfabetice si numerice, taste de control (pentru operatii specifice), dar si taste cu sageti pentru deplasarea cursorului pe ecran.
Mouse-ul este utilizat pentru navigarea facila pe ecran.
Prelucrarea propriu-zisa, executata de procesor si programe, urmeaza lantul instructiunilor transmis computer-ului prin program.
Iesirile permit vizualizarea si/sau editarea rezultatelor.
Placile de sunet transforma sunetul in informatie digitala. Placile de sunet pot prelua sunete reale, dar si informatii M I D I (Musical Instrument Digital Interface) folosite de sintetizatoare.
In cazul imaginilor locul placilor de sunet este luat de scannere. Acestea folosesc senzori pentru citirea culorilor si luminozitatii unei imagini tiparite. Rezultatul este o versiune digitala a imaginii, care este apoi transmisa calculatorului.
Exista placi de intrare video si TV, astfel incat se pot urmari sau inregistra programe TV sau casete video pe computerul personal.
Pe langa dispozitivele de intrare generale (tastatura si mouse-ul) exista unele destinate aplicatiilor speciale ca joystick destinat jocurilor sau simulatoarelor de zbor.
O posibila definitie a unui PC = un sistem de calcul bazat pe un microprocesor destinat utilizatorului "casnic" sau activiatilor de birou.
Exista posibilitatea de a comunica cu un anumit calculator si de catre alte calculatoare, daca PC-ul este legat intr-o retea. Un calculator o data conectat in retea, poate prelua informatii de la celelalte calculatoare din retea, informatii care se pot prelucra pe propriul calculator. Conectarea la retea se face printr-un modem sau prin placi de retea si reteaua telefonica nationala si internationala.
PRINCIPALELE COMPONENTE ALE PC-ului
1.2.1. Procesorul
Procesorul este "creierul" computer-ului. Acesta stabileste viteza cu care calculatorul poate procesa informatiile. Primul procesor (model 8086) a fost introdus pe piata in 1978, iar mai tarziu s-au introdus procesoarele 80286, 80386, 80486, cele mai recente numindu-se Pentium. Fiecare generatie de procesoare este mai performanta decat cea precedenta.
Computerele sunt construite pornind de la o placa cu circuite integrate, denumita placa de baza.
Aceasta contine procesorul central, celelalte componente electronice ale calculatorului si sloturile de extensie destinate placilor suplimentare.
Firmele producatoare de calculatoare utilizeaza o singura placa de baza pentru o intreaga familie de procesoare, de la cele mai lente pana la cele mai rapide. Aceasta inseamna ca performantele calculatoarelor pot fi imbunatatite, prin schimbarea procesorului.
1.2.2. Memoria (in contextul stocarii)
PC-ul foloseste memoria sa interna pentru a stoca programe si fisiere in lucru. Aceasta zona de depozitare se numeste Random Access Memory (R A M) si se compune din chip-urile de memorie ale PC-ului. Daca nu exista suficienta memorie RAM, programele vor rula mai lent. Multe computere contin numai 16 Mb de RAM, ceea ce nu este suficient pentru rularea optima a aplicatiilor sub Windows. Cel mai simplu mod de a imbunatati performantele unui computer este adaugarea de memorie.
Ne putem intreba ce legatura are memoria cu viteza ?
Atunci cand se ruleaza un program, calculatorul transfera o mare parte din informatia de pe hard-disc in memoria cu acces aleatoriu (RAM), astfel aceasta devine disponibil imediat. Daca nu exista spatiu suficient, vor fi stocate numai fragmente de program sau din fisierele de care este nevoie imediat. Calculatorul va trebui sa apeleze din nou la hard-disc atunci cand este nevoie de restul programului. Daca memoria interna va creste de la 16 Mb la 64 Mb, efectul va fi similar cu dublarea vitezei calculatorului. O configuratie obisnuita a memoriei interne, la nivelul anului 2003 este 128 -256 Mb.
Din punct de vedere al vitezei de lucru factorii determinanti sunt :
tipul si frecventa microprocesorului;
cantitatea si tipul memoriei RAM;
tipul si viteza harddiscului;
performantele si tipu placii de baza.
Discheta
Cel mai obisnuit mod de a pastra fisierele in siguranta este de a le salva pe discheta. Tot cu ajutorul dischetei fisierele pot fi transferate altor PC-uri. Discheta are o capacitate limitata de stocare, egala cu 1,44 Mb. Dischetele sunt foarte utile pentru stocarea unor documente sau fisiere importante de marime mica si medie (zeci sau sute de Kb). Programele mari (kit-urile de instalare) trebuie stocate pe mai multe dischete.
In configuratiei PC-ului se afla si unitatea de disc flexibil (discheta), iar suportul magnetic propriu-zis (discheta) se introduce in aceasta unitate pentru citire sau scriere.
Dupa aceasta operatie, ea se scoate, pastrandu-se independent de unitatea de disc flexibil a PC-ului.
Hard-discul
Hard-discul se afla fixat in carcasa PC-ului. El se poate scoate numai in scopul depanarii sau inlocuirii. Este folosit pentru stocarea permanenta de programe si informatii, cel putin pentru o perioada de timp dorita de utilizatorul PC-ului. Altfel spus, de cate ori un program sau anumite informatii nu mai sunt de interes pentru utilizator, ele pot fi sterse de pe hard-disc.
Toate programele care au fost instalate pe PC sunt stocate pe hard-disc, fiind oricand la dispozitia beneficiarului. Pentru instalarea de programe noi, acestea trebuie transferate mai intai de pe dischete, CD-uri sau direct de pe alt calculator, legat in retea cu calculatorul propriu, pe hard-discul personal.
Pentru
ca adaptarea hard-discului
Pentru mai multe unitati de disc-hard, exista standardul E I D E (Enhanced Integrated Drive Electronics). Un controller EIDE poate coordona functionarea a pana la patru unitati IDE sau EIDE.
S C S I (Small Computer Systems Interface) este un alt standard de control al hard-discurilor sau al altor dispozitive din configuratia PC-ului. Unei interfete de tip SCSI i se poate atasa o unitate SCSI (hard-disc, unitate de disc flexibil, unitate de banda magnetica), iar controller-ul SCSI poate gestiona pana la 16 de astfel de unitati.
Unitatea CD-ROM
CD-ul este cea mai noua modalitate de stocare a programelor. CD-ROM este un sistem exclusiv pentru citire (Compact Disk - Read Obly Memory). Exista si inscriptoare de CD-uri (CD-Writer). Suportul magnetic de tip CD este si el de doua categorii, una pentru o singura inscriere pe el, iar alta pentru inscrieri multiple (reinscriptibil), similar unei dischete.
Marele avantaj al CD-ului este ca poate stoca date/programe pana la volumul de 650 Mb. CD-urile au marimea standard (diametrul) de 5 inci sau de 3 inci.
1.2.3. Monitorul
Monitorul dispune de un ecran similar televizorului, care preia informatiile din alte unitati ale computer-ului si le afiseaza. Instructiunile referitoare la ce trebuie afisat pe ecran sunt create de calculator si de programe, fiind apoi transmise placii video din interiorul PC-ului.
Aceasta placa transforma informatiile ce trebuie afisate pe ecran in semnale de culoare rosie, albastra si verde, care compun imaginile de pe ecran, la fel ca si la televizor. Imaginea pe care o vedeti este, de fapt, compusa din trei fascicole de electroni ce parcurg ecranul, alcatuind grupuri de puncte fosforescente rosii, verzi si albastre pe suprafata interioara a sticlei ecranului monitorului. Deoarece punctele sunt foarte apropiate unele de altele, ochiul omenesc nu le percepe pe fiecare in parte, ci ca o singura pata (pixel) de culoare, formata din trei puncte stralucitoare. Prin modificarea puterilor relative ale fiecareia dintre cele trei fascicule este posibila crearea a milioane de culori diferite. Monitorul are butoanele sale proprii pentru reglarea imaginii. Este bine ca reglarea monitorului sa se faca folosind un ecran cu text negru pe fond alb. Butoanele de reglare se refera la reglarea contrastului, luminozitatii, cat si la centrarea si ajustarea pe orizontala sau pe verticala. Pentru inceput se fixeaza toate butoanele in punctul central si apoi se pot regla dupa preferinte.
Calitatea standard a afisajului pentru PC-uri Windows este Super Video Graphics Array (S V G A).
Pentru a crea o singura imagine SVGA, cele trei fascicule sunt emise foarte rapid catre ecran si creeaza pana la 600 de linii de cate 800 de pixeli fiecare. Aceste imagini sunt actualizate de peste 70 de ori pe secunda, schimbandu-se instantaneu pe ecran, iar PC-ul poate prezenta miscari, animatie si filme-video.
Pentru majoritatea utilizatorilor de PC este suficient un monitor cu diagonala de 15 inci (inches).
Monitoarele mai mari ca diagonala, deci de 17, 21, etc. inci, sunt folosite pentru grafica profesionala si activitati de proiectare asistata de calculator.
Tastatura
Orice computer are nevoie de tastatura pentru introducerea datelor si pentru a controla programele. Unele taste au rolul de a introduce litere si cifre, altele sunt necesare pentru dirijarea controlului programelor sau pentru miscarea cursorului pe ecran.
Exista mai multe feluri de tastaturi, toate dispunand de cifre, litere si semne speciale aranjate conform standardului folosit pentru tastaturi (QWERTY / AZERTY).
Pe marginea de sus a tastaturii se gasesc tastele functionale care pot fi folosite ca modalitate rapida de accesare a unor functii speciale (tiparirea unui document sau salvarea unui fisier). Actiunea fiecarei taste functionale difera de la un program la altul, cu exceptia tastei F1, folosita pentru a accesa functia Ajutor (Help).
Tasta Escape (Esc), aflata pe marginea de sus a tastaturii, in partea sa din stanga (prima tasta). Daca se apeleaza din greseala o comanda sau o caseta de dialog din menu, apasand tasta Esc se va anula comanda anterioara.
La majoritatea programelor sub Windows, apasarea tastei F1 (cea mai din stanga dintre tastele functionale, sau urmatoarea la dreapta dupa Esc), va apela functia Help (Ajutor), functie de la care se pot obtine informatii suplimentare asupra modului de functionare a programului respectiv.
In dreapta tastei F1 se afla inca 11 taste functionale, pe care programul le foloseste pentru a oferi acces rapid la functii specifice (cum ar fi tiparirea sau salvarea fisierului).
Tastele Print Screen, Scroll Lock si Pause sunt numite, de obicei, taste DOS (Disk Operating System), deoarece sunt rezervate unor functii din sistemul de operare DOS, se folosesc foarte rar cand se lucreaza sub sistemul Windows. Aceste taste se afla plasate tot pe marginea de sus a tastaturii, in dreapta celor 12 taste functionale.
Exista, de asemenea, trei leduri care arata daca tastele Num Lock, Caps Lock sau Scroll Lock sunt active sau nu. pozitia lor pe tastatura este in dreapta tastei Pause.
Sub cele 3 leduri se afla tastele-calculator (Number), care sunt asezate si au functii similare cu cele ale calculatorului de buzunar. Aceste taste sunt activate prin apasarea tastei Num Lock. Cand tasta Num Lock nu este activata, tastele-calculator dubleaza functiile tastelor Cursor Control.
Tastele Cursor Control (controlul cursorului) permit miscarea cursorului vertical si orizontal pe ecran, fara a folosi mouse-ul. Prin actionarea tastelor Page Up si Page Down se poate trece pe paginile urmatoare sau anterioare, iar cu tastele Home, respectiv End, se poate realiza pozitionarea cursorului la inceputul sau la sfarsitul unui rand.
Prin actionarea tastei Backspace se pot sterge caracterele aflate in stanga cursorului. Actionarea tastei Delete realizeaza stergerea oricarui caracter aflat in dreapta cursorului. Actionand tasta Insert se pot introduce caractere din locul unde se afla cursorul la dreapta, intre cele doua caractere, intre care a fost plasat acesta.
Exista, de asemenea, un bloc complet de taste standard pentru litere, cifre si alte caractere speciale.
Tastele Control si Alt sunt folosite impreuna cu tastele de culegere si cu cele functionale pentru a permite accesul la mai multe functii ale programului.
Comenzile din menu-ul Windows pot fi selectate prin apasarea tastei Alt si a literei subliniate din denumirea functiei respective.
Pentru scrierea majusculelor trebuie apasata tasta Shift simultan cu culegerea datelor (literelor). Actionand tasta Caps Lock, toate caracterele care vor fi scrise in continuare vor fi majuscule, printr-o noua apasare a tastei Caps Lock se deselecteaza facilitatea de a scrie majuscule.
Tasta Tab muta cursorul dintr-o coloana in alta (de exemplu, la tabele in care se introduc cifre sau cuvinte in diferite coloane).
1.2.5. Mouse-ul
Acest periferic este cel care usureaza la maxim navigarea pe ecranul sub Windows. Mouse-ul este utilizat pentru a misca cursorul pe ecran si pentru a selecta menu-urile si comenzile Windows. Miscarea mouse-ului determina miscarea cursorului pe ecran.
Clic inseamna apasarea butonului mouse-ului o data pentru a fixa cursorul intr-o pozitie pe ecran sau pentru a selecta un menu.
Dublu clic inseamna a apasa de doua ori rapid butonul mouse-ului pentru activarea unei functii sau a unui program din menu.
Mouse-ul functioneaza prin detectarea miscarilor bilei din interior. In interiorul mouse-ului exista doua role conectate la senzori. La deplasarea mouse-ului, una dintre role se roteste la miscarea mouse-ului inainte si inapoi, iar cealalta rola cand mouse-ul se misca la dreapta sau la stanga. Informatia de la senzori este transformata in instructiuni electronice care ghideaza miscarea pe ecran a cursorului sau a sagetii.
Mouse-ul clasic foloseste un cablu pentru legarea sa la iesirea COM1 sau PS/2. Exista si mouse-uri fara fir, cei care folosesc emisia in infrarosu in locul cablului.
Orice mouse are nevoie de un suport (pad) pe care sa se miste. Acest suport are o suprafata rugoasa pentru a face ca bila sa se deplaseze fara sa alunece sau sa sara.
1.2.6. Imprimanta
Exista trei tipuri de imprimante: cu
ace, cu jet de cerneala si cu laser. Toate aceste tipuri de imprimante primesc
aceleasi informatii de
Imprimanta se conecteaza de obicei la mufa de iesire a PC-ului notata de obicei cu LPT 1 sau Printer.
Sub pachetul Windows se folosesc programe speciale, numite drivere, pentru a traduce imaginea care se vede pe ecranul monitorului in informatii inteligibile pentru imprimanta. Inainte de a incepe tiparirea trebuie sa ne asiguram ca pachetul Windows are driver-ul potrivit pentru imprimanta din configuratie.
Prin alegerea simbolului Printer din Control Panel se poate vedea care programe sunt instalate si daca informatiile tiparite sunt transmise prin portul corect.
Imprimanta functioneaza cu orice program care ruleaza sub Windows.
Majoritatea imprimantelor au butoane care indica si controleaza procesul curent de tiparire si parametrii imprimantei.
Toate imprimantele compun imaginile tiparite din puncte. Daca punctele sunt foarte mari ca la imprimantele matriciale cu 9 ace, conturul imaginii tiparite devine neclar.
Pe masura ce punctele se micsoreaza si distanta dintre ele scade, calitatea imaginii se imbunatateste.
Performantele unei imprimante se masoara, in principal, in puncte per inci (dpi - dots per inches). Cu cat numarul de puncte pe inci este mai mare, cu atat este mai buna calitatea tiparirii la imprimanta.
Imprimantele cu jet de cerneala au o densitate de 300, 600 si chiar 1200 dpi.
Imprimantele laser pot sa dispuna de o rezolutie de 1200 dpi si chiar mai mult.
Un alt parametru important al imprimantelor este viteza. Viteza unei imprimante se masoara in pagini tiparite pe minut (ppm). Viteza de tiparire a unei pagini depinde de gradul de umplere a suprafetei paginii cu text, desene, tabele etc.
Exista programe speciale care modifica putin conturul liniilor drepte si al curbelor, atenuand aspectul neomogen al tiparirii obisnuite si creand impresia unei rezolutii mai bune.
Dimensiunile imprimantei ca latime si adancime poarta numele de amprenta (footprint).
Imprimantele cu jet de cerneala (inkjet / bubblejet printer)
Procedeul de tiparire pe care-l folosesc acest tip de imprimante este simplu: cerneala din cartus este pulverizata pe hartie prin intermediul capului de imprimare prevazut cu gauri cu diametre foarte mici. Cartusul cu cerneala utilizat poate fi reincarcat.
Imprimantele cu jet de cerneala folosesc hartia de format A4 sau A3. Foaia de hartie se aseaza intr-un sertar special, de unde urmeaza a fi extrasa automat de imprimanta.
Folosind un cap de tiparire/cartus cu trei rezervoare cu cerneala de culori diferite, acest tip de imprimanta poate tipari color.
Daca se tipareste numai alb-negru, se poate folosi numai cartusul cu cerneala neagra.
Imprimantele laser
Imprimantele din aceasta categorie functioneaza asemanator cu un copiator. Pe scurt, procedeul folosit este urmatorul: o raza laser este proiectata asupra imaginii si apoi asupra unui tambur fotosensibil.
Zonele de culoare neagra ale imaginii se incarca cu electricitate statica si atrag pudra din toner. Pudra se depune pe hartie acoperind zonele corespunzatoare zonelor negre ale imaginii. Hartia este introdusa intr-un cuptor care topeste pudra, fixand imaginea tiparita pe hartie.
Cateva avantaje ale imprimantelor laser:
¾ calitate foarte buna (texte si imagini tiparite foarte clar);
¾ viteza de tiparire este destul de mare, comparativ cu viteza de tiparire a imprimantelor cu jet de cerneala.
Imprimantele laser tiparesc imaginile cu mare precizie. Calitatea copiei tiparite se apropie de calitatea revistelor tiparite in tipografie.
Deoarece aceste imprimante dispun de procesoare foarte puternice, memorie si fonturi proprii, ele pot procesa rapid un numar mare de imagini, deci sunt imprimante foarte rapide.
Imprimantele laser folosesc, de cele mai multe ori, hartie de format A4.
Oricare tip de imprimanta nu va putea tipari insa nimic daca nu i se indica sistemului Windows tipul acesteia. Fiecare imprimanta foloseste instructiuni diferite de tiparire. Sistemul Windows trebuie sa "traduca" imaginea, care se doreste tiparita. in instructiuni pe care imprimanta sa le poata citi. Acesta este rolul programului numit driver de tiparire.
Instalarea driver-ului este simpla: O data cu instalarea sistemului Windows, se cere si precizarea tipului imprimantei, driver-ele respectivelor imprimante fiind incluse in pachetul Windows. In cazul in care nu se afla pe lista afisata sub Windows, din manualul imprimantei se poate afla un model similar sigur existent pe lista.
Exista si posibilitatea ca imprimanta sa fie livrata impreuna cu o discheta care sa contina driver-ul corespunzator.
Unele imprimante au memorie si procesoare proprii. Astfel o parte a imprimantelor laser sau cu jet de cerneala au instalate fonturile folosite in mod obisnuit de Windows. Din aceste motive, calculatorul nu mai trebuie sa creeze intreaga pagina, ci doar sa execute niste calcule si sa trimita imprimantei un set de instructiuni. Apoi procesorul imprimantei va finaliza toate activitatile in vederea tiparirii. Viteza de tiparire va creste considerabil prin folosirea acestor tehnici.
Tiparirea
este o activitate care se desfasoara de obicei in fundal. Aceasta inseamna ca
in spatele ferestrei active, computerul va efectua calculele pentru crearea
imaginilor si transmiterea lor catre imprimanta, ceea ce va permite ca
operatorul
Daca trebuie tiparite mai multe documente, Windows va crea o coada de asteptare pentru ordonarea tiparirii. Prin acest procedeu de indata ce o comanda a fost realizata, urmatoarea va fi preluata automat.
Windows controleaza procesul prin intermediul menu-ului Printer. Imediat dupa ce s-a dat clic pe Print, in coltul din dreapta jos al ecranului va apare o icoana avand ca simbol o imprimanta.
Daca se doreste aflarea stadiului in care a ajuns o comanda de tiparire, realizarea unei pauze sau schimbarea ordinii documentelor de tiparit, se da un dublu clic pe aceasta icoana si se pot afla informatiile necesare.
Scanner-ul
Scanner-ul functioneaza pe acelasi principiu ca si fax-ul. Un fascicul de lumina parcurge imaginea. Imaginea reflectata este culeasa de senzorii de lumina, fiind transformata in imagine digitala care poate fi stocata pe un hard-disc. In timp ce faxul ne da numai imagini alb-negru, chiar si cele mai ieftine scannere redau imagini color de calitate fotografica.
Cel mai simplu mod de a introduce o imagine intr-un document se realizeaza prin scanarea acesteia. Scanner-ul transforma imaginile in fisiere care pot fi citite de programul de tehnoredactare computerizata.
Calitatea imaginilor scanate depinde de rezolutia de scanare, adica de numarul de puncte generate pe fiecare inci din imagine (d p i) si de numarul de culori reproduse. Majoritatea scanner-elor lucreaza la rezolutii cuprinse intre 100 si 400 dpi. Pentru o reproducere de calitate acceptabila este nevoie de minim 256 de culori.
Scanner-ele se impart in trei mari categorii: scannere de mana, scannere pentru documente si scannere plane.
Scannerele manuale (de mana) se
deplaseaza deasupra imaginii de scanat. Pentru o scanare perfecta trebuie ca
aparatul sa se deplaseze deasupra hartiei in linie dreapta si cu viteza
constanta. Acest tip de scannere (manuale) nu pot scana decat fasii de imagine
late de cca.
Daca se doreste scanarea unui format mai mare - A4,A3,A2 etc. - atunci vor fi necesare cel putin doua "fasii".
Software-ul scanner-ului va "lipi" cele doua fasii, dar alaturarea lor ar putea sa nu fie exacta (perfecta).
Scannerele pentru documente
Scannerele din aceasta categorie sunt foarte compacte. Foaia de scanat este introdusa printr-o fanta in scanner, iar un sistem de antrenare o deplaseaza cu viteza foarte mica pe sub capul scanner-ului, obtinandu-se astfel o imagine scanata perfect.
Scannerele plane
Aceste
scannere arata ca un fotocopiator ceva mai ingust. Pentru functionare trebuie
ridicat capacul si se aseaza hartia cu imaginea pentru scanat pe o suprafata de
sticla. Scanner-ul misca trenul de scanare pe sub foaie, in loc sa deplaseze
foaia. Majoritatea scanner-elor plane pot scana formate de pana
O parte a scannerelor au o placa ce se monteaza intr-unul din porturile de extensie ale computerului (de obicei portul ISA al PC-ului). Cele mai noi modele de scannere au eliminat placa speciala pentru scanner si sunt conectate direct la portul paralel folosit si de imprimanta.
1.2.8. Multimedia
Multimedia este, de multe ori, motivul principal pentru care se achizitioneaza astazi un computer intr-o familie. Facilitatile de care dispune astazi un PC s-au dezvoltat tinand seama si de cerintele utilizatorilor in directia multimedia. Un PC dedicat multimediei reproduce un amalgam de imagini, filme si muzica. Programe de multimedia ii pot initia pe prescolari in tainele citirii sau ale aritmeticii.
Exista, de asemenea, programe speciale care acopera o paleta larga de domenii: de la desene animate la muzica, de la jocuri pe calculator (de diferite niveluri de abilitate) pana la simulatoare de zbor (pentru piloti de incercare sau cosmonauti).
Toti utilizatorii au la dispozitie lucrari multimedia de referinta. Acestea imbina efecte sonore, imaginile color si efectele cinematografice, transformand procesul de invatare intr-un exercitiu deosebit de atragator.
Aceasta calitate a adus programelor multimedia si atributul denumit edutainment (va jucati si invatati).
Pentru oamenii de afaceri, calculatoarele multimedia pot schimba radical modul de prezentare al unui produs sau a unor informatii.
Un grafic complex poate fi explicat cu ajutorul unui clip in doar cateva secunde.
O prezentare multimedia in care se imbina grafice animate, efecte sonore si clipuri video va avea un impact urias asupra auditoriului.
Cu un PC care dispune de facilitati multimedia se poate practic
face adaugarea unor efecte sonore sau video unui document propriu sau se pot realiza chiar miniemisiuni TV.
Interactivitatea este elementul-cheie al programelor multimedia. Computer-ul va cauta si identifica informatiile de care este nevoie, dar nu impune utilizarea acestora. Programul multimedia cauta in locul utilizatorului si va identifica o paleta larga de informatii, imagini, clipuri video si sonore pentru a explica in detaliu subiectul dorit.
Ce reprezinta practic multimedia ?
Un PC performant, din punct de vedere : al procesorului, al placii de baza, al memoriei interne si externe, la care trebuie adaugate o unitate de CD-ROM, o placa buna de sunet si boxele pentru muzica si efecte sonore.
PC-uri de ultima generatie au deja incluse in configuratia de baza aceste componente.
Daca se dispune de un PC fara componente, pentru a se realiza multimedia se poate apela la un kit de modernizare, altfel spus, sa se faca un "upgrade"(completare).
Un kit de "upgrade" are avantajul ca toate componentele propuse functioneaza bine impreuna. Exista in ansamblul propus toate cablurile, mufele si programele necesare, iar instalarea lor nu necesita un efort deosebit.
Atentie la alegerea kit-ului de modernizare, el trebuie sa se "potriveasca" (sa fie compatibile componentele) PC-ului caruia ii este dedicat.
Pentru a reda efecte sonore si muzica, orice PC multimedia trebuie sa aiba o placa de sunet si difuzoare. De obicei placa de sunet este instalata standard in calculator. Ea inregistreaza si reda sunete asemenea unui casetofon si le sintetizeaza cu ajutorul cipului intern. Cu un program specializat si un mixer radio se pot inregistra, edita sau modifica sunete sau se pot crea melodii cu sintetizatorul. Exista, de asemenea, programe care recunosc comenzi rostite de vocea umana si pot "citi" fisierele create de procesoarele de text.
Sintetizatorul placii de sunet emite sunete in timpul desfasurarii jocurilor si poate ajuta chiar si la compunerea de muzica.
In acest scop se pot folosi atat tastatura PC-ului si mouse-ul, cat si programul de secventialitate care insoteste placa de sunet. Sintetizatorul placii de sunet reda melodia dupa un set de instructiuni folosind sistemul MIDI (Musical Instrument Digital Interface) creat special pentru claviaturile electronice.
Un PC multimedia controleaza o cantitate uriasa de imagini. Aceste imagini pot fi fixe sau animate. Imaginile de calitate foarte buna sunt adesea imagini bitmap.
Fisierul cu imagini contine informatii despre culoarea fiecarui bit de imagine (pixel). Imaginile pot fi create si cu programe de desenare vectoriala. Ele sunt alcatuite din cercuri, linii, poligoane etc. memorate sub forma de ecuatii matematice. Aceste ecuatii indica PC-ului ca trebuie sa afiseze, de exemplu, un patrulater de o anumita dimensiune, forma si culoare.
Exista CD-ROM-uri cu clipuri video. Calitatea redarii acestor video-clipuri depinde de viteza procesorului central si de marimea memoriei RAM instalata a PC-ului pe care se realizeaza redarea.
STOCAREA DATELOR
2.1.- Memoria principala
In scopul stocarii datelor, un calculator contine un mare numar de circuite, fiecare dintre ele fiind capabile sa stocheze biti. Acest 'rezervor' de biti este cunoscut sub numele de memorie principala (main memory).
2.1.1. Organizarea memoriei principale
Celulele de stocare din memorie sunt organizate in unitati, (cuvinte) cu dimensiunea uzuala de 8 biti. Acest sir de 8 biti a impus cuvantul octet si, de asemenea, a impus pentru cuvantul byte - sir de biti cu aceeasi lungime.
Dimensiunea memoriei este adesea masurata in multipli de 1.048.576 celule (1.048.576 = 220, fiind mai natural pentru a fi utilizat decat 1.000.000 care este o putere a lui 10). Pentru a desemna aceasta unitate de masura se foloseste termenul mega.
Deci: 1 mega byte (1 MB) ≡ 1.048.576 byte.
Alte unitati de masura a dimensiunilor de memorie sunt kilooctetul ≡ kilobyte (KB) care este egal cu 1024 octeti (210 octeti) si gigaoctetul ≡ gigabyte (GB) care este egal cu 1024 MB (230 octeti).
Pentru identificarea celulelor individuale din memoria principala a unui calculator, fiecare are atribuit un nume unic, denumit adresa.
Adresele utilizate in tehnica de calcul sunt in intregime numerice. Pentru exemplificare putem considera toate celulele de memorie plasate pe un singur rand si numerotate in ordine crescatoare pornind de la 0.
Acest sistem permite identificarea unica a unei celule si, de asemenea, o relatie de ordonare intre celule permite referiri de tipul 'celula precedenta' sau 'celula urmatoare'.
Celulele din memoria principala care stocheaza biti sunt combinate cu circuite necesare pentru a permite, si altor circuite sa stocheze si sa recupereze datele din celulele memoriei principale. Exista astfel si alte celule (circuite) care pot prelua datele din memorie solicitand informatii despre continutul unei anumite adrese (operatie de citire) sau pot inregistra informatii in memorie solicitand ca un anumit sir de biti sa fie plasat in celula aflata la o anumita adresa (operatie de scriere). Acest sistem de identificare a celulelor memoriei principale permite apelarea, cercetarea si modificarea individuala a acestora. Astfel, o celula a memoriei principale cu o adresa mica este la fel de accesibila ca si una cu o adresa foarte mare, deci datele stocate in memoria principala a calculatorului pot fi prelucrate in orice ordine. Din aceste motive memoria principala a unui calculator se mai numeste si memorie cu acces aleator (random access memory - RAM). Acest acces aleator la mici unitati de date (celula) se deosebeste radical de sistemele de stocare de masa (care manipuleaza siruri lungi de biti sub forma de blocuri).
1.1.2. Organizarea unei celule de memorie
Consideram bitii dintr-o celula de memorie ca fiind aranjati pe un rand. Vom denumi capetele acestui rand marginea superioara , iar celalalt capat marginea inferioara.
Considera deasemenea bitii aranjati intr-un rand orientat de la stanga la dreapta cu marginea superioara plasata la stanga. Bitul de la capatul din stanga este denumit cel mai semnificativ bit.
0 1 0 1 1 0 1 0
(marginea
superioara) (marginea inferioara)
Fig. 2.1. Organizarea unei celule de memorie cu dimensiune de un octet
Datorita ordonarii celulelor in memoria principala, precum si a bitilor in interiorul fiecarei celule, toti bitii din memoria principala sunt ordonati intr-un unic rand lung. Parti din acest rand pot fi utilizate pentru stocarea de siruri de biti care pot fi mai mari decat lungimea unei singure celule (in particular putem stoca un sir de 16 biti utilizand pur si simplu doua celule de memorie).
2.2.- Dispozitive de stocare de masa
Limitele tehnologice precum si necesitatea stocarii unor copii de siguranta ale datelor vitale, au facut ca memoria principala a unui calculator sa nu satisfaca cerintele impuse de diversele aplicatii. Din aceste motive, calculatoarele sunt echipate, pe langa memoria principala, cu sisteme de stocare de masa (mass storage system), denumite si memorie secundara. Stocarea datelor pe aceste sisteme se face in unitati de mari dimensiuni denumite fisiere (files).
Unul din principalele dezavantaje ale sistemelor de stocare de masa este acela ca, in general, ele necesita o miscare suplimentara mecanica, astfel fiind mai lente la stocarea si recuperarea datelor in comparatie cu memoria principala a calculatorului.
Principalul avantaj al dispozitivelor de stocare de masa este acela ca, in multe situatii, sunt mai ieftine decat memoria principala, iar suportul pe care se inregistreaza datele poate fi extras din calculator si depozitat intr-un loc sigur in scopul recuperarii ulterioare a datelor.
Cu privire la dispozitivele care pot fi cuplate sau decuplate de la calculator, se folosesc termenii on-line si off-line.
Termenul On-line indica ca dispozitivul sau informatiile sunt conectate si pot fi folosite de calculator fara interventie umana.
Termenul Off-line indica ca este necesara interventia umana inainte ca dispozitivul sau informatiile sa poata fi utilizate de calculator; dispozitivul trebuie pornit sau informatiile trebuie introduse intr-un anumit mecanism.
2.2.1. D i s c u r i
Cea mai obisnuita forma de stocare de masa utilizata in prezent o reprezinta stocarea pe disc. In aceasta structura, stocarea datelor se face pe un disc subtire care se invarteste si care este acoperit cu o pelicula subtire de material magnetic.
Deasupra si/sau dedesubtul discului sunt plasate capete de citire/scriere, astfel incat, pe masura ce discul se roteste, fiecare cap parcurge un cerc denumit pista (track) care se afla pe suprafata de sus sau jos a discului. Deoarece fiecare pista contine mai multe informatii decat vom dori sa prelucram la un moment dat, pistele sunt impartite in arce de cerc denumite sectoare, unde informatiile sunt inregistrate ca un sir continuu de biti.
--- piste divizate in sectoare
disc - capde citire/scriere
brat
misc miscarea bratului
piste divizate
in sectoare miscarea discului
Fig. 2.2. Structura unui sistem de stocare pe disc
Prin repozitionarea capetelor de citire/scriere se obtine acces la sectoare situate pe diferite piste concentrice. Pistele sunt compuse din mai multe sectoare individuale, fiecare dintre ele putand fi tratate ca un sir de biti independent. Numarul de piste de pe suprafata discului, precum si numarul de sectoare de pe o pista, difera de la un sistem la altul. Dimensiunile sectoarelor sunt in general fie de 512 octeti, fie de 1024 octeti.
Localizarea pistelor si sectoarelor nu reprezinta ceva permanent in structura fizica a discului, ele sunt marcate magnetic printr-un proces denumit formatare (sau initializare) a discului.
Cele mai multe sisteme de calcul pot reformata discurile atunci cand formatul acestuia nu este compatibil cu cel propriu. Reformatarea unui disc distruge toate informatiile stocate anterior pe el.
Sistemele cu capacitate mica utilizeaza un singur disc, denumit si discheta/disc flexibil (floppy disk). Sunt disponibile in comert astfel de dischete. Dischetele au diametrul de 31/2 toli, si sunt introduse intr-o carcasa rigida de plastic. Desi capacitatea dischetelor este limitata la cativa megaocteti (1,44 MB), ele au avantajul ca se introduc si se scot usor in unitatea citire/scriere si sunt usor de pastrat. Dischetele reprezinta o solutie buna pentru stocarea off-line a informatiilor.
Discurile de mare capacitate, care pot stoca mai multi gigaocteti de date, constau dintr-un numar de cinci pana la zece discuri fixe, montate in paralel pe un ax comun, cu suficient spatiu intre ele incat sa permita accesul capetelor de citire/scriere. Deoarece aceste discuri sunt rigide, ele sunt cunoscute sub numele de hard-disc.
In cazul acestor sisteme (hard-disc) capetele de citire/scriere nu ating suprafata discului, ceea ce-i permite acestuia viteze mari de rotatie.
Distanta dintre capetele de citire/scriere si suprafata dischetei este foarte mica, astfel incat o particula de praf se poate bloca intre cap si suprafata discului deteriorandu-le pe amandoua. Pentru prevenirea acestui fenomen hard-discul este inchis intr-o carcasa etansa.
Pentru evaluarea performantei discurilor se folosesc mai multe criterii (parametrii):
- timpul de cautare (seek time) = timpul necesar deplasarii capetelor de citire/scriere de la o pista la alta;
- timpul de intarziere (rotation delay/latency time) = jumatate din timpul necesar pentru ca discul sa efectueze o rotatie completa, respectiv timpul mediu in care datele respective ajung in pozitia capului de citire/scriere dupa ce acesta a fost adus la pista dorita;
- timpul de acces (access time) = suma dintre timpul de cautare si timpul de intarziere;
- rata de transfer (transfer rate) a datelor catre sau de la disc.
Deoarece capetele de citire/scriere nu ating suprafata discului, ele pot avea viteze de rotatie de cca. 5000-7000 rotatii/minut, in timp ce in cazul discurilor flexibile aceste viteze nu depasesc 300 rotatii/minut.
Rata de transfer a discurilor fixe se masoara in megabytes/secunda, fata de cea a dischetelor care se masoara in kilobytes/ secunda.
Daca timpul de intarziere se masoara, in cazul circuitelor electronice in nanosecunde (miliardimi de secunda) si chiar mai mici, timpii de cautare, intarziere si acces in cazul discurilor se masoara in milisecunde (miimi de secunda).
2.2.2. Discuri compacte
Discul compact (CD) este compatibil cu cel utilizat in domeniul inregistrarilor muzicale, cu diferenta ca, pentru a obtine rate ridicate de transfer al datelor, cititoarele de CD-uri din calculatoare, rotesc mult mai rapid discul.
Aceste discuri, cu diametrul de cca. 5 toli, sunt confectionate dintr-un material reflectorizant, acoperit cu o pelicula protectoare transparenta.
Inregistrarea informatiilor pe CD se face prin creare de striatii in adancimea suprafetei reflectorizante.
Informatiile sunt stocate pe o singura pista care are forma de spirala.
Una din cele mai raspandite forme actuale de stocare a datelor pe compact-disc este reprezentata de dispozitivele ce pot fi numai citite, denumite CD-ROM (Compact disk read only memory). Capacitatea de stocare a acestor CD-ROM-uri este de 600 MB.
Sunt, de asemenea, dispozitive si sisteme CD care permit si modificarea datelor stocate. Exista de asemenea sisteme care utilizeaza dispozitive magneto-optice pentru inregistrarea informatiilor, topind suprafata reflexiva de pe CD cu ajutorul unei raze laser si apoi rearanjand-o prin intermediul unor campuri magnetice inainte ca aceasta sa se raceasca.
2.2.3. Benzi magnetice
Dispozitivele de stocare mai vechi utilizeaza banda magnetica. Informatiile se inregistreaza pe o pelicula magnetica depusa pe o banda de material plastic, care este stocata pe un sir de role.
Pentru acces la date, banda magnetica este introdusa intr-o unitate de banda care poate derula banda, citi si scrie informatia sub controlul calculatorului. Exista si unitati de banda magnetica cu cartus care utilizeaza casete.
Depinzand de formatul utilizat, pe unele benzi magnetice pot fi stocate volume de ordinul gigabytes (GB).
2.2.4. Inregistrari logice si fizice
Datele in memoria principala a unui calculator pot fi apelate la nivelul celulelor de memorie de dimensiunea unui octet.
Proprietatile fizice ale dispozitivelor de stocare de masa impun ca manipularea datelor stocate sa se faca utilizand unitati cu dimensiuni mai mari de un octet.
Un bloc de date corespunzator caracteristicilor fizice ale unui dispozitiv de stocare este denumit inregistare fizica (phisycal record). In afara impartirii datelor in inregistrari fizice determinate de caracteristicile dispozitivului de stocare, fisierele stocate poseda o diviziune naturala, legata de structura aplicatiei din care fac parte.
De exemplu, un fisier care contine informatii referitoare la angajatii unei firme este alcatuit de obicei din blocuri de informatii referitoare la fiecare angajat.
Aceste blocuri de date care apar in mod natural sunt denumite inregistrari logice (logical records).
Dimensiunile inregistrarilor logice se potrivesc cu totul intamplator ca lungime (marime) cu dimensiunile inregistrarilor fizice impuse (ca marime) de un dispozitiv de stocare.
In consecinta este posibil sa existe mai multe inregistrari logice stocate ca o singura inregistrare fizica sau o inregistrare logica stocata pe mai multe inregistrari fizice. In acest spirit, pentru recuperarea datelor de pe sistemele de stocare de masa este necesara o anumita activitate de decodificare.
2.3. Codificarea utilizata pentru stocarea informatiilor
In continuare vor fi studiate mai in amanunt tehnicile utilizate pentru reprezentarea informatiilor sub forma unor siruri de biti.
2.3.1. Reprezentarea simbolurilor
Reprezentarea datelor intr-un calculator se realizeaza prin proiectarea unui cod in care diferite simboluri (litere alfabetice, semne de punctuatie etc.) au asociate sabloane (modele) de biti unice pentru ca informatia sa poata fi stocata sub forma unor propozitii codificate pe suportul magnetic. Astfel au fost create si folosite diverse coduri pentru diferite echipamente, acest lucru avand ca efect aparitia si proliferarea problemelor de comunicatie.
Pentru a remedia aceasta situatie, Institutul American pentru Standarde (American National Standards Institute - ANSI) a adoptat codul American Standard Code form Information Interchange (ASCII).
Acest cod utilizeaza modele cu o lungime de sapte biti pentru reprezentarea literelor mari si mici ale alfabetului englez, semnelor de punctuatie, cifrelor de la 0 la 9, precum si a anumitor caractere de control (trecere randul urmator - line feed, revenire la marginea din stanga a randului - carriage return, tabulator - tab).
In prezent codul ASCII este extins la un format de opt biti pe simbol, prin adaugarea uni zero pe pozitia celui mai semnificativ bit in fata fiecarui sablon al vechiului cod pe sapte biti.
Exista si alte coduri mai puternice capabile sa reprezinte documente scrise intr-o varietate de limbaje. Ele utilizeaza sabloane (modele) pe 16 biti (65.536 sabloane diferite) sau chiar pe 32 biti (peste 17 milioane de sabloane). [Unicode, cod dezvoltat de I S O (International Standard Organisation).]
2.3.2. Reprezentarea valorilor numerice
Metodele de stocare a informatiilor sunt ineficiente atunci cand informatiile ce trebuie memorate sunt de natura numerica.
Pentru intelegere, sa presupunem ca vrem sa stocam nr. 99 sub forma unor simboluri ASCII; sunt necesari 16 biti, dar observam ca acesta este cel mai mare numar stocabil pe 16 biti.
O abordare mult mai eficienta este stocarea valorii reprezentate in baza doi (binar).
In notatia binara (baza doi) pozitia fiecarei cifre este asociata cu o anumita pondere, numai ca ponderea asociata fiecarei pozitii este de doua ori mai mare decat ponderea pozitiei din dreapa. Mai exact, cifra cea mai din dreapta a unei reprezentari binare are asociata ponderea 1 (20), urmatoarea pozitie in stanga cu 2 (21) si asa mai departe.
cantitatea
asociata pozitiei
| unu
zece
o suta
Fig. 2.3. Sistemul zecimal de numeratie
Reprezentare
cantitatea
asociata pozitiei
1 0 1 1
unu
doi
patru
opt
Fig. 2.4. Sistemul binar de numeratie
Pentru a afla valoarea unei reprezentari in binar, vom inmulti valoarea fiecarei cifre cu ponderea asociata pozitiei sale si vom aduna rezultatele.
1 x unu = 1
0 x doi = 0
1 x patru = 4
0 x opt = 0
0 x saisprezece = 0
1 x treizeci si doi = 32
Fig. 2.5. Decodificarea reprezentarii binare 100101
Pentru a afla reprezentarea in binar exista un algoritm clasic.
Pasul 1. Se imparte valoarea la doi si se memoreaza restul.
Pasul 2. Cat timp catul obtinut difera de zero, se continua impartirea noului cat la doi, memorandu-se restul.
Pasul 3. Cand s-a obtinut un cat egal cu zero, reprezentarea in binar a valorii initiale consta din resturile impartirilor afisate de la dreapta la stanga in ordinea in care au fost memorate.
Fig. 2.6. Algoritm pentru aflarea reprezentarii in binar a unui numar intreg
rest 1
↓
rest 0
↓
rest 1
↓
rest 1
1 1 0 1 Reprezentarea in binar
Fig. 2.7. Reprezentarea in binar a numarului treisprezece
2.3.3. Reprezentarea altor tipuri de date
Aplicatiile utilizate in informatica implica si folosirea de imagini, sunete, secvente video. Tehnicile pentru reprezentarea acestor categorii de date nu sunt inca global standardizate la nivel mondial.
Una din metodele utilizate pentru stocarea imaginilor este considerarea imaginii ca o colectie (suma) de puncte (pixel ↔ picture element).
In forma cea mai simpla, o imagine alb-negru poate fi codificata ca un lung sir de biti ce reprezinta liniile de pixeli, unde fiecare bit are valoarea 1 sau 0, functie de culoarea alb sau negru.
Reprezentarile de acest tip sunt cunoscute sub numele de harti de biti (bit maps), deci sirul de biti nu este altceva decat o harta a imaginii reprezentate.
Sistemele 'populare' de harti de biti includ fisiere de tip T I F F (Tag Image Format File) si G I F (Graphic Interchange Format). Fotografiile sunt prezentate ca harti de biti prin fisiere in format JPEG (Joint Photographic Experts Group).
In cazul reprezentarii acestor fisiere imaginea nu poate fi scalata la o dimensiune arbitrara.
Exista posibilitatea scalarii imaginii prin memorare ca un set de directive care precizeaza modul de desenare. Acest mod de precizare a modului de desenare furnizeaza o descriere compatibila cu orice marime a unitatilor sistemului de coordonate care ar putea fi specificat atunci cand se afiseaza imaginea.
De asemenea, tot metode de reprezentare a datelor sunt si MPEG (Motion Picture Experts Group) - tehnica pentru date video si audio, si D X F (Drowing Interchange Format) - utilizat la sisteme de proiectare asistata de calculator, unde imaginile trebuie rotite si redimensionate pe ecranul monitorului.
2.4.- Sistemul binar de numeratie
Pentru studierea tehnicilor de stocare a valorilor numerice utilizate la calculatoarele de astazi, trebuie mai intai cunoscut sistemul de reprezentare binar.
2.4.1. Adunarea in binar
Pentru a aduna doua valori reprezentate in notatia binara, se procedeaza astfel:
Se aduna cifrele din coloana cea mai din dreapta, se scrie cifra cea mai putin semnificativa a acestei sume sub coloana, se transporta cea mai semnificativa cifra a sumei (daca exista) in urmatoarea coloana din stanga si se aduna apoi coloana respectiva.
Exemplu : 0 0 1 1 1 0 1 0
+ 0 0 0 1 1 0 1 1
Se aduna cifrele cele mai din dreapa 0 si 1 si obtinem cifra 1, pe care o scriem sub coloana respectiva.
0 0 1 1 1 0 1 0
+ 0 0 0 1 1 0 1 1
1
Se aduna apoi 1 si 1 din coloana urmatoare, obtinand rezultatul 10. Vom scrie 0 sub coloana si vom transfera cifra 1 deasupra coloanei urmatoare.
1
0 0 1 1 1 0 1 0
+ 0 0 0 1 1 0 1 1
1 0 1
Se aduna cifrele 1, 0 si 0 din coloana urmatoare, obtinand rezultatul 1, si vom scrie 1 sub coloana.
Cifrele din coloana urmatoare 1 si 1 dau ca rezultat al adunarii 10; se va scrie cifra 0 sub coloana respectiva si vom transfera cifra 1 deasupra coloanei urmatoare.
1
0 0 1 1 1 0 1 0
+ 0 0 0 1 1 0 1 1
0 1 0 1
Adunam cifrele 1, 1 si 1 din aceasta coloana si obtinem 11; se va scrie cifra 1 sub coloana respectiva si vom transfera cifra 1 deasupra coloanei urmatoare.
1
0 0 1 1 1 0 1 0
+ 0 0 0 1 1 0 1 1
1 0 1 0 1
Se va continua in acelasi fel, obtinand in final:
0 0 1 1 1 0 1 0
+ 0 0 0 1 1 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
2.4.2. Reprezentarea fractiilor in sistemul binar
Extinderea notatiei binare, pentru a fi adecvata reprezentarii valorilor fractionare, va utiliza notatia in virgula fixa (radix point). Aceasta inseamna ca cifrele de la stanga virgulei mobile (punctului) reprezinta partea intreaga a valorii si sunt interpretate ca in sistemul binar, iar cifrele din dreapta punctului reprezinta partea fractionara a valorii si sunt interpretate intr-o maniera similara, pozitiile lor avand asociate ponderi fractionare.
Astfel prima pozitie din dreapta punctului are atribuita ponderea 1/2, urmatoarea 1/4, apoi 1/8 si asa mai departe. Rezulta ca regula aplicata anterior ramane valabila, fiecare pozitie are o pondere alocata de doua ori mai mare decat cea a pozitiei din dreapta sa.
Exemplu
1
x o optime = 1/8
0 x o patrime = 0
1 x o jumatate = 1/2
1 x unu = 1
0 x doi = 0
1 x patru = 4
TOTAL : 55/8
Fig. 2.8. Decodificarea reprezentarii binare 101 . 101
Pentru a aduna doua reprezentari binare in virgula fixa, se vor alinia unul sub altul punctele de separare intre partea intreaga si cea fractionara si se va aplica acelasi proces de adunare ca si cel prezentat anterior.
Exemplu
1 0 . 0 1 1
+ 1 0 0 . 1 1
1 1 1 . 0 0 1
2.5.- Erori de comunicatie
La transferarea informatiilor intre diverse componente ale calculatorului sau in cazul stocarii datelor, exista posibilitatea ca sirul de biti primit inapoi sa nu fie identic cu cel original.
Pentru rezolvarea unor asemenea probleme, au fost dezvoltate diferite tehnici de codificare care permit detectarea si corectarea erorilor. In prezent, datorita faptului ca aceste tehnici de codificare sunt implementate pe scara larga in componentele inteme ale sistemelor de calcul, ele sunt invizibile pentru cei care utilizeaza calculatoarele, dar pe ele se bazeaza fiabilitatea echipamentelor actuale.
2.5.1. Biti de paritate
O metoda simpla pentru detectarea erorilor se bazeaza pe urmatoarea regula : daca fiecare cuvant binar manipulat are un numar impar de biti de 1, aparitia unui cuvant cu un numar par de biti de 1 semnaleaza o eroare. Pentru a folosi aceasta regula, avem nevoie de un sistem in care fiecare cuvant binar sa contina un numar impar de biti 1, ceea ce se obtine usor prin adaugarea unui bit suplimentar, bitul de paritate (parity bit).
Bitul de paritate se plaseaza pe pozitia bitului cel mai semnificativ, deci codul de opt biti devine un cod de noua biti.
Bitul de paritate va lua valoare 0 sau 1, astfel incat cuvantul rezultat va avea un numar impar de 1.
Bit
de Codul A S
C I I pentru litera A
paritate contine un numar par de biti 1
1 0 1 0 0 0 0 0 1
- - - - - - - - -
Cuvantul complet are un numar impar de biti.
Bit de Codul A S C I I pentru litera I
paritate contine un numar impar de biti 1
0 0 1 0 0 1 0 0 1
- - - - - - - - -
Cuvantul complet are un numar impar de biti.
Fig. 2.9. Modificarea codurilor ASCII pentru caracterele A si I, astfel
incat sa aibe paritatea impara
Dupa aceasta modificare ( precizata in figura de mai sus pentru caracterele A si I ), ambele cuvinte vor avea noua biti si contin un numar impar de biti 1. Dupa aceasta modificare a sistemului de codificare, un cuvant cu un numar par de biti 1 semnaleaza faptul ca s-a produs o eroare si deci cuvantul respectiv este incorect. Sistemul de paritate descris poarta numele de paritate impara (odd parity), deoarece fiecare cuvant contine un numar impar de biti 1.
O alta tehnica utilizeaza paritatea para (even parity). In aceasta tehnica, fiecare cuvant trebuie sa contina un numar par de biti 1, iar prezenta unei erori este semnalata de aparitia unui cuvant cu un numar impar de biti 1. Sirurile lungi de biti sunt insotite adesea de un grup de biti de paritate dispusi intr-un octet de control (checkbyte).
Printre variantele principiului de verificare cu octet de control, se numara schemele de detectie a erorilor numite semne de control (checksums) si control de coduri ciclice (cyclic redundancy check - CRC).
2.5.2. Coduri corectoare de erori
Bitul de paritate permite detectarea unei erori singulare, dar nu furnizeaza informatia necesara pentru corectarea erorii. Pot fi, insa, concepute coduri corectoare de erori (error corecting codes) care nu numai ca detecteaza erorile, dar le si corecteaza.
Intuitiv, se poate crede ca nu poate fi corectata informatia dintr-un mesaj, decat daca se cunoaste informatia continuta de mesaj.Contrarul acestei afirmatii se va demonstra in continuare. Pentru a intelege modul de functionare a codului corector de erori, vom defini distanta Hemming dintre doua numere binare.
Distanta Hemming intre doua numere binare este numarul de biti prin care difera cele doua cuvinte.
Simbol C o d
A 0 0 0 0 0 0
B 0 0 1 1 1 1
C 0 1 0 0 1 1
D 0 1 1 1 0 0
E 1 0 0 1 1 0
F 1 0 1 0 0 1
G 1 1 0 1 0 1
H 1 1 1 0 1 0
Fig. 2.10. Exemplu de cod corector de erori
Exemplu: in figura de mai sus, distanta Hemming dintre simbolurile A si B in codul prezentat este patru, dintre B si C este trei.
Caracteristica importanta a codului prezentat este ca oricare doua cuvinte de cod sunt separate de o distanta Hemming de cel putin trei biti. Altfel spus, trebuie sa modificam cel putin patru biti in cod pentru a apare un alt cuvant din lista propusa de coduri.
Sa presupunem ca receptionam 010100. Daca comparam acest cuvant binar cu lista de coduri propusa in fig. 2.10, obtinem distantele din figura 2.11.
Caracter Distanta dintre cuvantul receptionat
si caracterele codului propus
A 2
B 4
C 3
D 1
E 3
F 5
G 2
H 4
Fig. 2.11. Decodificarea cuvantului 010100 utilizand codul din fig. 2.10.
Vom putea trage concluzia ca a fost transmis caracterul D, acesta fiind cel mai apropiat de codul receptionat.
Cu cat distanta Hemming dintre doua coduri utilizate este mai mare, cu atat de pot detecta si corecta mai multe erori.
3. MANIPULAREA DATELOR
3.1. Unitatea centrala de prelucrare
Circuitele care realizeaza diferite operatii asupra datelor nu sunt conectate direct la celulele memoriei principale. Aceste circuite sunt grupate in unitatea centrala de prelucrare (central processing unit ¾ CPU). Unitatea centrala de prelucrare (CPU) se compune din:
unitatea aritmetico-logica (aritmetic/logic unit) contine
circuitele care realizeaza manipularea datelor ;
unitatea de comanda (control unit) contine circuitele
utilizate pentru coordonarea activitatii calculatorului.
Registri (registrele)
Unitatea centrala stocheaza temporar informatiile in celule de memorie specializate denumite registri; aceste celule sunt similare cu celulele memoriei principale a calculatorului.
Acesti registri pot fi calificati ca :
registri de uz general (general purpose registers)
registri speciali (special purpose registers).
Registrii de uz general servesc la stocarea temporara a datelor manipulate de CPU. Ei memoreaza intrarile circuitelor unitatii aritmetico-logice si furnizeaza spatiu pentru memorarea rezultatelor produse de aceasta. Efectuarea unor operatii, cu date stocate in memoria principala, unitatea de comanda trebuie sa transfere datele din memorie in registri de uz general, dupa care 'informeaza' unitatea aritmetico-logica in care registri sunt stocate datele, apoi activeaza circuitele adecvate din unitatea aritmetico-logica si-i comunica acesteia in ce registru sa depuna rezultatul operatiei.
Comentariu
Registrii stocheaza datele imediate necesare pentru realizarea unei operatii.
Memoria principala stocheaza datele care vor fi necesare in scurt timp.
Dispozitivele de stocare de masa sunt utilizate pentru stocarea pe termen lung a datelor.
Memoria cache (cache memory) este o memorie de mare viteza cu timpi de raspuns similari celor ai registrilor unitatii centrale de prelucrare. In memoria cache se stocheaza o copie a acelei portiuni din memoria principala care este utilizata in momentul respectiv. Astfel, transferurile de date care in mod normal s-ar fi facut intre registri si memoria principala se fac intre registri si memoria cache. Modificarile sunt apoi transferate in bloc in memoria principala in momentele libere.
Interfata C P U / Memorie
Transferarea cuvintelor binare intre unitatea centrala a unui calculator si memoria principala se realizeaza prin conectarea acestora printr-un grup de fire denumite magistrala (bus).
Unitatea centrala de prelucrare Memoria principala
Magistrala
Registri
Fig. 3.1. Arhitectura unitate centrala de prelucrare/memorie principala
Prin intermediul magistralei, unitatea centrala poate sa extraga (sa citeasca)/sa plaseze (sa scrie) date din/in memoria principala, furnizand adresa celulei de memorie dorite, impreuna cu un semnal de citire. Analizand acest mecanism, observam ca presupune atat implicarea unitatii de comanda cat si a unitatii aritmetico-logice.
In fig. 3..2 este prezentat in detaliu procesul adunarii a doua valori stocate in memorie.
Pasul 1. Se citeste din memorie una din valorile care trebuie
adunate si se plaseaza intr-un registru.
Pasul 2. Se citeste din memorie cealalta valoare care trebuie
adunata si se plaseaza intr-un alt registru.
Pasul 3. Se activeaza circuitul de adunare, avand ca intrari
registrii utilizati in pasii 2 si 2.
Pasul 4. Se stocheaza rezultatul in memorie.
Pasul 5. Stop.
Fig. 3.2. Adunarea unor valori stocate in memorie
Instructiuni in cod masina
Instructiunile prezentate in fig. 3.2 reprezinta instructiuni executabile de catre unitatea centrala de prelucrare si poarta denumirea instructiuni in cod masina (machine instructions).
Cand ne referim la instructiunile cunoscute de un calculator, observam ca ele pot fi clasificate in trei categorii (grupe): instructiuni de transfer de date, instructiuni aritmetico-logice, instructiuni de control.
Instructiuni de transfer de date
Instructiuni care realizeaza deplasarea datelor dintr-un loc in altul, dar fara disparitia lor din pozitia initiala. Pasii 1, 2 si 4 din fig. 3.2 intra in aceasta categorie. Termenii transfer sau mutare sunt mai putin adecvati; mai exact ar fi copiere sau clonare.
Cererea de incarcare a unui registru de uz general cu continutul unei celule de memorie este desemnata de o instructiune LOAD, iar transferul continutului unui registru intr-o celula de memorie se face prin intermediul unei instructiuni STORE.
In fig. 3.2 pasii 1 si 2 reprezinta instructiuni LOAD, iar pasul 4 este o instructiune STORE.
O parte importanta a instructiunilor de transfer se refera la operatii (comenzi) intre dispozitive in afara CPU si a memoriei interne. Aceste instructiuni se ocupa de operatiile de intrare / iesire (input/ output - I/O) din calculator si uneori plasate intr-un grup distinct de instructiuni.
Instructiuni aritmetice si logice
Instructiunile care indica unitati de comanda sa solicite unitatii aritmetico-logice efectuarea unei anumite operatii. Pasul 3 din fig. 3.2 face parte din aceasta categorie de instructiuni.
Operatiile logice posibile de efectuat sunt: AND, OR si XOR. Operatii care realizeaza deplasarea la dreapta sau la stanga a continutului registrilor: SHIFT, ROTATE.
Instructiuni de control
Instructiuni care nu manipuleaza date, ci dirijeaza modul de executie al programelor. Pasul 5 din fig. 3.2 face parte din aceasta categorie ca un caz elementar.
Aceasta familie de instructiuni contine si instructiunile de salt (JUMP, BRANCH) care realizeaza actiune ca unitatea de comanda sa execute alta instructiune decat cea care urmeaza. Exista doua variante de instructiuni de salt: salt neconditionat si salt conditionat. Ca exemplu, pentru saltul conditionat prezentam secventa urmatoare:
Pasul 1. Se incarca (LOAD) un registru cu o valoare din memorie.
Pasul 2. Se incarca (LOAD) alt registru cu alta valoare din memorie.
Pasul 3. Daca a doua valoare este zero salt (JUMP) la pasul 6.
Pasul 4. Se imparte continutul primului registru la continutul celui
de-al doilea registru si se depune rezultatul in al treilea
registru.
Pasul 5. Se stocheaza (STORE) continutul celui de-al doilea registru
in memorie.
Pasul 6. Stop.
Fig. 3.3. Impartirea a doua valori stocate in memorie
Saltul conditionat se utilizeaza cand se doreste indeplinirea unei anumite conditii.
Primele calculatoare erau foarte putin flexibile, deoarece programul executat de fiecare dispozitiv era cablat in unitatea de comanda, ca o parte a sistemului.
Una din solutiile utilizate la primele calculatoare electronice, pentru a dobandi mai multa flexibilitate, a constituit-o proiectarea unitatilor de control, astfel incat diversele blocuri sa poata fi reconectate dupa nevoie. Acest lucru se poate realiza utilizand o placa de conexiuni realizate pe principiul placilor de comutare (utilizate in centralele telefonice).
3.2.- Alte instructiuni
Pentru a avea o perspectiva mai larga, sa studiem si alte alternative la arhitectura de calculator prezentata.
Arhitecturi CISC si RISC
Proiectarea unui limbaj-masina implica luarea multor decizii, una dintre ele fiind sa construim:
o structura complexa ¾ care sa poata decodifica si executa o larga varietate de instructiuni;
o masina mai simpla care sa dispuna de un set limitat de instructiuni.
Prima structura se numeste calculator cu set complex de instructiuni (complex instruction set computer - CISC), iar a doua optiune conduce la realizarea unui calculator cu set restrans de instructiuni (reduced instruction set computer - RISC).
Cu cat structura procesorului este mai complexa cu atat mai simpla este programarea, in timp ce in cazul calculatorului mai simplu aceeasi operatie ar necesita o secventa de mai multe instructiuni. Pe de alta parte, structurile complexe sunt mai greu si mai scump de realizat, utilizarea lor fiind mai costisitoare.
In prezent pe piata exista atat procesoare CISC cat si RISC. Procesorul Pentium (Intel Corporation) reprezinta un exemplu de arhitectura CISC; seriile de procesoare Power PC (dezvoltate de Apple Computer IBM si Motorola) urmeaza arhitectura RISC.
Prelucrare simultana
Exista o limita in ceea ce priveste dezvoltarea calculatoarelor foarte rapide, semnalele electrice se propaga prin circuite cu maximum viteza luminii. Chiar si viitoarele 'calculatoare optice' sunt afectate de aceasta limitare.
Deoarece lumina (unda electromagnetica) parcurge o distanta de aproximativ 30 de cm. intr-o nanosecunda (o miliardime de secunda), rezulta ca sporirea vitezei de executie (lucru) a unui calculator devine in ultima instanta o problema de miniaturizare. Intr-un efort de rezolvare a acestei probleme, cercetarea si-a indreptat atentia asupra conceptului de capacitate de transfer (throughput). Capacitatea de transfer se refera la cantitatea totala de operatii pe care le poate efectua calculatorul intr-un anumit timp.
Imbunatatirea capacitatii de transfer a unui calculator (fara cresterea vitezei de executie) este tangibila prin tehnica de prelucrare simultana (pipelining). Aceasta metoda se refera la posibilitatea ca in orice moment, in conducta (pipe) sa se afle mai multe instructiuni 'in lucru'. O instructiune este executata, alta este decodificata si inca o alta este extrasa din memorie.
Datorita 'prelucrarii' in acelasi timp a 3 instructiuni, capacitatea de transfer a calculatorului creste de 3 ori.
Calculatoare -multiprocesor
Alte solutii pentru cresterea capacitatii de transfer fac parte din categoria prelucrarii paralele (parallel processing), in care se utilizeaza mai multe procesoare pentru executarea operatiei curente. Argumentul in favoarea acestei abordari il reprezinta creierul uman.
Sustinatorii prelucrarii paralele se pronunta in favoarea calculatoarelor-multiprocesor, care contin, in opinia lor, configuratii cu un factor de utilizare mult mai ridicat.
3.3.- Instructiuni aritmetice si logice
Grupul operatiile aritmetice si logice contine instructiuni care solicita operatii aritmetice, logice si de deplasare.
Operatii logice
Operatiile logice AND (SI), OR (SAU), XOR (SAU echivalent) se pot extinde la operatii care combina doua siruri de biti pentru a produce o iesire de forma unui sir de biti, aplicand operatia elementara bit cu bit.
Exemplu 1 0 0 1 1 0 1 0
AND 1 1 0 0 1 0 0 1
1 0 0 0 1 0 0 0
1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0
OR 1 1 0 0 1 0 0 1 XOR 1 1 0 0 1 0 0 1
1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1
Operatia AND este utilizata la mascare (masscing).
Exemplu 0 0 0 0 1 1 1 1
AND 1
0 1 0 1 0 1 0 operand
masca (mask)
In acest caz operandul denumit masca (mask) determina care parte a celuilalt operand va afecta rezultatul.
Deci operatia AND permite copierea unei parti a unui sir de biti, plasandu-se 0 in partea neduplicata.
Operatia OR poate fi utilizata si ea pentru a copia o parte a unui sir de biti, plasandu-se insa pe pozitiile neduplicate.
Una din utilizarile principale ale operatiei XOR o reprezinta compunerea complementului unui sir de biti, astfel:
1 1 1 1 1 1 1 1
XOR 1 0 1 0 1 0 1 0
0 1 0 1 0 1 0 1
Operatii de rotire si deplasare la nivel de bit
Operatiile de rotire si deplasare furnizeaza posibilitatea de deplasare a bitilor dintr-un registru si sunt folosite la rezolvarea problemelor de aliniere. Aceste operatii sunt clasificate dupa directia de miscare (stanga/dreapta), tinandu-se cont si daca procesul este circular.
Daca se face deplasarea catre un capat al sirului de biti, bitul de la capatul spre care se face deplasarea dispare, iar la celalalt capat al sirului apare un spatiu liber.
Operatiunile de deplasare se diferentiaza tocmai prin ceea ce se intampla cu acest bit suplimentar in urma deplasarii.
Una din tehnicile de deplasare este sa se plaseze bitul suplimentar in spatiul liber de la celalalt capat. Rezultatul este o deplasare circulara, denumita rotatie.
Alta tehnica de deplasare elimina bitul de la capatul sirului spre care se face deplasarea si completeaza cu 0 spatiul liber aparut la celalalt capat, adica realizeaza o deplasare logica (logical shift).
Se intalnesc adesea deplasari la dreapta care completeaza intotdeauna spatiul liber, cu valoarea bitului de semn; acestea se numesc deplasari aritmetice (arithmetic shift).
Operatii aritmetice (precizari suplimentare)
Aceste operatii pot fi adesea efectuate utilizand doar operatia de adunare, alaturi de negarea logica.
In cazul adunarii:
daca operanzii sunt stocati utilizandu-se notatia in virgula mobila pentru adunare, trebuie mai intai efectuata extragerea mantiselor operanzilor, deplasarea acestora la stanga sau la dreapta in functie de valoarea campurilor exponentilor, verificarea bitilor de semn, adunarea propriu-zisa si apoi convertirea rezultatului in virgula mobila.
In cazul celor 2 operatii de adunare, din punctul de vedere al calculatorului intre ele nu exista nici o similitudine.
3.4. Comunicatia intre calculator si dispozitivele periferice
C o n t r o l e r e
Comunicatia dintre unitatea centrala de prelucrare a unui calculator si un dispozitiv periferic este controlata de un dispozitiv intermediar, denumit controler (controller). Fiecare controler gestioneaza comunicatia cu un anumit tip de dispozitiv periferic. Un controler corespunde fizic unei placi cu circuite electrice / electronice.
Controler-ul converteste mesajele si datele la forme compatibile cu caracteristicile interne ale calculatorului respectiv la cele ale dispozitivelor periferice atasate controlerului.
Controlerele sunt atasate la aceeasi magistrala care conecteaza unitatea centrala la memoria principala (vezi fig. 3.4.).
Memoria principala
C P U
Magistrala
Controler
Fig. 3.4. Conectarea controlerelor la magistrala unui calculator
Fiecare controler monitorizeaza semnalele transmise de unitatea centrala de prelucrare si raspunde atunci cand ii este adresat un semnal. Abilitatea (facilitatea) unui controler de a accede la memoria principala a calculatorului poarta numele de acces direct la memorie (direct memory access - D M A). Unitatea centrala poate trimite controlerului cereri codificate prin care sa-i ceara sa citeasca un anumit sector de pe disc si sa plaseze aceste date intr-o anumita zona de memorie precizata.
Apoi CPU poate continua executia altor operatii in timp ce controlerul efectueaza cererea solicitata. Dupa terminarea sarcinii atribuite, controlerul transmite prin magistrala calculatorului un anumit semnal catre CPU (astfel de semnale iau forma de intreruperi si vor fi studiate in cap. Sistemul de operare).
Un bloc de memorie utilizat pentru transferul datelor spre si dinspre dispozitivele periferice poarta numele de zona-tampon (buffer). Atasarea controlerelor in magistrala unui calculator mareste semnificativ complexitatea operatiilor de control al comunicatiei de-a lungul acestei cai principale de comunicatie.
Chiar in cazul unei proiectari foarte bune, magistrala principala poate deveni un punct critic, cunoscut sub numele de gatuirea von Neumann (von Neumann bottleneck), se datoreaza concurentei pentru accesul la magistrala intre unitatea centrala de prelucrare si controlere.
Comunicatia intre unitatea centrala si controlere
Comunicatia intre unitatea centrala de prelucrare si un controler este verificata la fel ca si comunicatia dintre CPU si memoria principala.
Practic, controlerul este reprezentat de un bloc de celule din memoria principala. Atunci cand CPU scrie un sir de biti intr-o celula de memorie din cadrul blocului de memorie (ex. instructiunea STORE), sablonul este transferat de fapt controlerului si nu memoriei. Similar, atunci cand CPU incearca sa citeasca date dintr-una din celulele de memorie (instructiune LOAD), ea primeste un sir de biti de la controler. Acest sistem de comunicatie, denumit mapare in memorie a operatiilor de intrare/iesire (memory mapped I/O) este reprezentata de fig. 3.5.
Memorie principala
C P U
Magistrala
|
|
Dispozitiv periferic Controler
Fig. 3.5. Reprezentarea principala a maparii in memorie a operatiilor de I / O
Blocul de adrese asociate unui controler este denumit port, el reprezentand 'poarta' prin care informatiile intra sau ies din calculator.
Intre controler si dispozitivul periferic pe care-l controleaza are loc o comunicare in ambele sensuri. Daca n-ar exista o cale de comunicatie in ambele sensuri intre calculator si imprimanta (de exemplu), imprimanta ar ramane foarte repede in urma.
Comunicatia seriala si paralela
Comunicatia dintre diferite parti ale unui sistem de calcul se efectueaza intr-una dintre cele doua forme elementare paralela sau periala. Este vorba de modul de transfer al sirurilor de biti.
In cazul comunicatiei paralele (parallel communication), toti bitii dintr-un sir sunt transferati simultan, fiecare pe o linie separata. In acest mod se realizeaza transferul rapid al datelor, dar este necesara o linie de comunicatie cu un numar mare de cabluri electrice.
Comunicatia seriala (serial communication) se bazeaza pe transmiterea sirului bit cu bit. Aceasta metoda este mai lenta, dar linia de comunicatie este mai simpla.
Un exemplu obisnuit il reprezinta liniile telefonice, informatiile digitale fiind convertite in semnale audio cu ajutorul unui dispozitiv numit modem (modulator-demulator). Datorita limitarilor impuse de caracteristicile sistemului telefonic existent, o astfel de comunicatie nu se poate realiza prin tehnicile de comunicatie paralela.
Viteza comunicatiei seriale se masoara in biti pe secunda (bps), iar domeniul de variatie se situeaza intre cateva sute de biti pe secunda si milioane de biti pe secunda.
O alta unitate folosita este rata band (band rate); ea se refera la viteza cu care se schimba starea liniei pe care are loc comunicatia.
Pentru cresterea eficientei transferurilor de date (inclusiv stocarea datelor) se poate folosi si compresia de date (data compression), respectiv reducerea numarului de biti necesar pentru reprezentarea informatiilor.
In cazul reprezentarii unor siruri de caractere se poate recurge la un cod Hoffman (cod dependent de frecventa). In cadrul acestui cod, lungimea unui sir de biti care reprezinta un caracter sa fie invers proportionala cu frecventa de utilizare a caracterului.
In acest fel se obtine o reprezentare mai scurta a textului decat daca am utiliza un cod de lungime uniforma (codul ASCII).
Eforturile de standardizare a tehnicilor de compresie a datelor au dus la includerea acestora in multe din modemurile existente in prezent pe piata. Atunci cand doua modemuri comunica intre ele utilizand scheme de compresie compatibile, modemul emitator comprima datele inainte de a efectua transmisia, iar modemul receptor decomprima datele dupa receptionarea lor.
Folosind asemenea solutii, modemurile pot obtine rate de transfer echivalente cu 56700 bps, chiar daca de fapt sunt transmisi numai 14400 biti pe secunda, la o rata band de 1200.
TEMA 1
Realizati o cerere de oferta pentru cumpararea unui calculator pe care sa il utilizati avand in vedere urmatoarele: domeniul pentru care urmeaza sa il folositi; suma de bani avuta la dispozitie; caracteristici hardware si tipuri de aplicatii necesare.
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 1715
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
