Structura si functionarea unui calculator compatibil IBM-PC

Structura si functionarea unui calculator compatibil IBM-PC

Operatii de intrare/iesire (citire/scriere)

Rularea unui program in vederea rezolvarii unei probleme cu ajutorul calculatorului presupune incarcarea sa in memoria centrala si lansarea in executie. Starea in care se afla programul se numeste cod masina.

Pe durata executiei programul poate solicita date spre a fi prelucrate din exteriorul sau (de la tastatura, de pe hard disk, din retea, de la microfon etc.). De asemenea, poate trimite date prelucrate spre exterior (catre monitor, hard disk, retea, imprimanta, boxe etc.).

Operatiile prin care se face schimbul de date intre program si exteriorul sau se numesc operatii de intrare/iesire, respectiv, citire/scriere.

Structura fizica si functionala a unui calculator electronic

Componentele functionale ale unui calculator electronic sunt: procesorul, memoria centrala, magistralele de date si comenzi, interfetele si dispozitivele periferice. Din punct de vedere fizic, un calculator se poate prezenta diferit in functie de producator sau de model, iar structura sa poate evolua in timp potrivit cerintelor societatii.

Procesorul

Functia sa este legata de executia instructiunilor care compun programul in curs de executie si de gestiunea intreruperilor.

O instructiune este alcatuita din trei grupuri de cifre binare care definesc:

functia instructiunii;

adresa primului operand al instructiunii;

adresa celui de al doilea operand.

Executia unei instructiuni de catre procesor presupune parcurgerea unui algoritm care este specific fiecarui tip de instructiune si care este alcatuit din faze elementare, activate cu o frecventa constanta data de orologiul de baza (un oscilator cu cuart). Aceasta este insasi frecventa procesorului exprimata in MHz sau GHz si este cea mai importanta caracteristica a sa. Algoritmii asociati diferitelor tipuri de instructiuni alcatuiesc setul de instructiuni al procesorului, care este o alta caracteristica importanta a acestuia.

Procesorul este alcatuit din registre si circuite de comanda integrate pe 8, 16, 32 sau 64 biti. Capacitatea registrelor este a treia caracteristica a unui procesor. Procesoarele moderne prezinta caracteristici indicate prelucrarilor speciale, precum cele legate de grafica si sunet.

Pe durata executiei unui program pot sa apara semnale de intrerupere. Acestea pot fi:

interne: generate de o cauza interioara programului precum depasirea capacitatii unui registru, violarea modului de lucru prin incercarea de a executa o instructiune rezervata numai nucleului sistemului de operare, violarea unei zone de memorie protejata etc.;

externe: provenind de la un dispozitiv periferic care semnaleaza terminarea sau intreruperea unei operatii de intrare/iesire;

de orologii: generate de oscilatoare cu frecvente adecvate masurarii timpului aparent sau de procesare efectiva.

Memoria centrala (interna)

Indeplineste functia de gazduire a programelor pe durata executarii lor. Principala caracteristica o constituie capacitatea sa exprimata in bytes sau multiplii acestora: kilobytes (1KB=1024B), megabytes (1MB=1024GB), gigabytes (1GB=1024MB). Byte-ul este unitatea de memorie adresabila formata din 8 biti. Un bit (acronim de la BInary digiT) este unitatea elementara indivizibila de informatie care poate lua doua valori 0 sau 1. Adresarea memoriei se mai poate face pe semi-cuvant (16 biti), pe cuvant (32 biti) sau pe dublu-cuvant (64 biti). Fiecare locatie de memorie se afla la o anumita adresa incepand de la adresa 0, multiplu de 1, 2, 4 sau 8.

Structural memoria interna prezinta urmatoarele zone:

memoria in mod real (main, de baza sau conventionala) - primii 1024 KB;

memoria in mod protejat (extended sau extinsa) - restul memoriei interne.

La randul sau memoria de baza este alcatuita din memoria joasa (primii 640 KB) si memoria upper (restul de 384 KB) - amestec de memorie RAM si ROM si spatii libere. Zona de date BIOS ocupa 1 KB la primele adrese ale memoriei joase, iar zona de memorie inalta (HMA) ocupa primii 64 KB ai meoriei extinse.

Aceasta structurare este dictata de dorinta de a pastra compatibilitatea cu programele si echipamentele mai vechi. Sistemele de operare evoluate dispun de o componenta speciala de gestiune - managerul de memorie.

Magistralele de date, adrese si comenzi

Sunt circuite care asigura comunicarea intre memoria interna si celelalte componente ale calculatorului - procesor si interfete. Pot fi pe 8, 16, 32 sau 64 biti.

Interfetele

Asigura comunicarea intre partea centrala a calculatorului si anexele acestuia. Interfetele pot fi de sine statatoare (placi atasate la placa de baza prin intermediul conectorilor) sau componente on board. Dupa componenta pe care o conecteaza interfetele pot fi:

specifice unui dispozitiv periferic (interfata grafica, pentru sunet sau pentru discuri);

universale (seriala RS-232, paralela, USB, firewire - cu debit mare, wireless);

de legatura intre calculatoare (modem, interfata de retea).

Dispozitivele periferice

Din configuratia standard fac parte:

Tastatura reprezinta intrarea standard a sistemului. Este alcatuita din cinci grupe de taste:

zona cu litere, cifre, semne si tastele speciale: Tab, CapsLock, Shift, Ctrl, Alt, Backspace, Enter si SpaceBar;

zona tastelor functionale F1-F12 cu intrebuintari diferite de la un program la altul;

zona tastelor speciale: PrintScreen, ScollLock, PauseBreak, Insert, Delete, Home, End, PageUp si PageDown;

zona tastelor sageata: Up, Down, Left, si Right;

zona tastelor numerice: cifrele 0 la 9, operatorii aritmetici si tastele NumLock si Enter; tasta NumLock comuta tastele numerice in taste sageata si speciale;

Tastaturile moderne mai prezinta si alte taste speciale, utilizate sub sistemul de operare Windows.

Monitorul - iesirea standard a sistemului - poate lucra in doua regimuri: alfanumeric si grafic. In regim alfanumeric ecranul este (uzual) o matrice de 25 linii si 80 coloane. Un caracter, afisat la intersectia unei linii cu o coloana, este rezultatul transferului din memorie al codului ASCII corespunzator reprezentat pe un byte. In regim grafic ecranul este o matrice de minim 640x480 pixeli. Caracterului afisat (alcatuit dintr-un numar variabil de pixeli) ii corespunde in memoria interna codul fontului respectiv reprezentat pe mai multi bytes. Indiferent de tehnologia de realizare (CRT, TFT sau LCD), monitoarele au cateva caracteristici comune: diagonala exprimata in inch ('), definitia, invers proportionala cu marimea unui pixel, rezolutia maxima exprimata in numar de pixeli pe orizontala si pe verticala si frecventa de refresh maxima.

Hard disk-ul sau discul dur este memoria externa de masa a sistemului. Caracteristicile constructive ale hard disk-ului sunt: numarul de cilindri (C), numarul de capete (H) si numarul de sectoare pe pista (S). Capacitatea unui sector este aceeasi pentru orice model - 512 bytes. Produsul celor patru caracteristici reprezinta capacitatea hard disk-ului exprimat in bytes.

Optional, din configuratia unui calculator mai pot face parte urmatoarele periferice:

Mouse-ul (touch pad-ul sau track ball-ul) - periferic de intrare care simplifica dialogul dintre utilizator si calculatorul prevazut cu o interfata grafica;

Floppy disk-ul este dispozitivul periferic pentru scrierea si citirea dischetelor, suporturi de informatie amovibile avand capacitatea este de 1,44 MB (C=80, H=2 si S=18).

Streamer-ul sau caseta magnetica este perifericul folosit pentru stocarea datelor, ca masura de securitate.

Discul optic permite scrierea si scrierea CD-urilor si DVD-urilor. Atat dispozitivul periferic, cat si suportul de informatie pot fi: ROM (Read Only Memory), RW (Rewritable) sau RAM (Random Access Memory). Caracteristica importanta a discului optic este viteza de lucru.

Imprimanta - periferic de iesire utilizat pentru transpunerea informatiei din calculator pe hartie. Tipurile de imprimante pot fi:

a)      matriceala (cu ace) folosita pentru documente de calitate scazuta, facturi fiscale, etc. (in general documente tip); este singurul model de imprimanta care permite imprimarea simultana a 2 sau 3 exemplare, folosind hartie autocopiativa;

b)      cu jet de cerneala - de calitate si viteza medie, utilizata pentru documente, grafice si poze;

c)      laser - are viteza rapida si calitate ridicata; tipareste uscat cu toner);

d)      cu imprimare termica - folosite pentru legitimatii, carduri etc.

Plotter-ul este o imprimanta speciala utilizata pentru formate mari - A0 prelungit.

Scanner-ul permite capturarea documentelor, pozelor etc. si memorarea lor in fisiere .jpg sau .doc.

Microfonul, boxele, camera web.

Calculatorului i se pot atasa multe echipamente (prevazute la randul lor cu interfete si conectoare adecvate), precum: camere foto sau video, amplificatoare sau tunere, televizoare etc.