COMPONENTELE UNUI CALCULATOR P.C.

1.INTRODUCERE

     Un PC (Personal Computer) , produs dupa standardele IBM are in exterior vizibile doua module : towerul si monitorul . Se deosebesc apoi perifericcele care sunt tastaura , mouse-ul , boxe , joystick , modem extern .

Towerul la randul sau are drept rol a tine toate componentele intr-un loc , a le feri de praf , socuri ,etc . Este pur si simplu o cutie care la exterior prezinta o serie de butoane ce indeplinesc functii de baza : pornire/oprire , resetare si eventual buton pentru schimbarea frecventei ceasului intern . Ultimele doua butoane nu sunt intilnite la toate carcasele , la carcasele ATX butonul de reset nu mai este prezent in unele cazuri , restartarea revenind in sarcina sitemului de operare si a Bios-ului  ; in schimb , butonul de schimbare a frecventei a disparut complet de pe carcasele noi , rolul sau fiind activ in cazul procesoarelor din familia i286 , i386 , i486 . Avea rolul de a injumatati frecventa de tact a procesorului sau dimpotriva de a o mari ; astfel frecventa putea fi setata la 66 sau 33Mhz , etc .

Inainte de a incepe prezentarea detaliata subliniez ca pentru buna functionare a unui calculator nu este responsabila o singura componenta ; fiecare componenta participa activ sau pasiv la realizarea unei functionalitati satisfacatoare .  

2.PREZENTAREA COMPONENTELOR

2.1 PROCESORUL

Componenta ce are rolul de a dirija celelalte dispozitive , de a imparti sarcini fiecareia , de a coordona si  verifica executia sarcinilor primite . Un calculator nu poate functiona fara procesor . Deloc . Procesoarele au avut evolutie rapida de la 8088,8086.80486 , productia fiind asigrata in principal de firma Intel , printre primii producatori de procesoare destinate utilizatorilor privati . Alte firme producatoare sunt AMD , Cyrix , ITD . Procesoarele produse de AMD si Cyrix sunt mai ieftine decat cele produse de Intel si au o arhitectura compatibila cu cele produse de Intel , insa se dezvolta separat .

Procesorul i386 a fost primul processor care a inclus 6 faze de executie paralela , la procesorul 80486 s-a dezvoltat mai mult paralelismul executiei prin expandarea unitatilor de decodificare a instructiunii si de executie intr-o banda de asmblare (pieline) cu cinci nivele , astfel ajungandu-se la 11 faze paralele . In plus , procesorul 486 are un cache intern de date si instructiuni de nivel L1 de 8Ko pentru a mari procentul instructiunilor ce pot fi executate la viteza de o instructiune pe impuls de tact . La acest processor a fost pentru prima data integrata unitatea de calcul in virgula flotanta (coprocesorul) in acelasi cip cu CPU-ul .

 Amd a lansat in aceeasi perioada procesorul 486 DX5 cu frecvente pina la 133 , fara prea mult success. Surprinzator , dupa 486 nu a urmat 586 , decat pentru Cyrix si AMD . Intel a decis sa schimbe formatul numelui trecand la Pentium .

Procesorul Pentium a adaugat o a doua banda de asamblare pentru a obtine performante superioare (cele doua benzi de asmblare (U,V) pot executa doua instructiuni pe un impuls de tact); memoria cache s-a dublat , existand un cache de 8 Ko pentru cod si unul similar pentru date . Pentru imbunatatirea executiei ramificatiilor din programe s-a implementat conceptul de predictie a salturilor, introducandu-se un tabel pentru memorarea adreselor cele mai probabile la care se fac salturile . Registrele principale au ramas pe 32 de biti , caile interne fiind pe 128 sau 256 de biti , magistrala de date externa - 64 biti . Procesorul Pentium are integrat un controller de intreruperi avansat (APIC) folosit in sistemele multiprocessor .

Amd a lansat intr-o perioada intermediara procesorul 586 , apoi K5 . dupa 586 pentru Cyrix urmand 6x86 .

Amd si Cyrix au ramas multa vreme intr-un con de umbra al lui Intel , mai ales ca procesoarele intel Pentium (lansate la frecvente de 75Mhz) s-au dezvoltat rapid , de la frecventa de 166 Mhz fiind adaugate instructiunile MMX (-un set de 57 noi instructiuni , patru tipuri noi de date si un nou dst de registrii pentru a accelera performantele aplicatiilor multimedia si de comunicatii ; MMX se bazeaza pe o arhitectura SIMD (Single Instruction,Multiple Data) , permitand imbunatatirea performantelor aplicatiilor ce folosesc algoritmi de calcul intensivi asupra unor mari siruri de date simple (procesoare de imagini 2D/3D) . Dupa Pentium urmeaza Pentium Pro care are o arhitectura superscalara pe trei cai- poate executa trei instructiuni intr-un impuls de tact avand un cache L2 de 256 Kb strans legat de CPU printr-o magistrala dedicata pe 64 de biti. Procesoarele Pentium si Pentium Pro au fost dezvoltate pana la frecvente de 233 Mhz , urmatorul pas fiind Pentium II (este un PentiumPro cu MMX) si Pentium III.

Revenind la AMD , a lansat procesorul Amd K6 ce avea in plus 32kb cache level 1 fata de K5 . Urmatorul pas a fost AMD K6-2 , care a dat o replica MMX-ului de la Intel cu un set de instructiuni numite !3D NOW ; trebuie amintit ca si procesoarele K6 au inglobat instructiuni MMX frecventa maxima atinsa fiind de 500Mhz . AMD K6-3 inglobeaza 256kb level 1 cache ceea cea aduce un spor de viteza substantial

Cyrix a ramas in urma , unui 6x86 la 200Mhz corespunzandu-i un Pentium la 150Mhz , pe cand la AMD seria K6 -K62 a fost extrem de reusita , depasind pe alocuri procesoarele Intel la frecvente echivalente .

Fiecare processor din seria x86 este compatibil fizic cu placa de baza , astfel procesoarele se introduc intr-un soclu de pe placa de baza , ce are un numar standard de pini (321) . Pentru a descuraja concurenta , Intel a schimbat modul de conectare a procesoarelor Pentium II-III , conectarea la mainboard facandu-se printr-un nou tip de soclu - Sec - Slot 1 ; Intel nu a dat drept de productie (licenta) a acestui soclu firmelor AMD si Cyrix. Ca replica , AMD a conceput procesorul AMD K7 , ce concureaza direct Pentium II prin frecvente de pana la 900Mhz si cache level 2 -512Ko,pentru un nou tip de soclu - Slot A . 

Succesul pe piata al procesoarelor Intel a fost datorat faptului ca fiecare nou procesor ingloba functiile precedentului (astfel un Pentium II este capabil de executa cod scris pentr 386) , caracteristici intalniti rar la inceput (1980) . Procesoarele Sparc , Alpha , Dec , Risc sunt extrem de scumpe , incompatile cu codul x86 , ele fiind in proiectate pentru aplicatii paralele , volum mare de calcul, sisteme multiprocessor . Firma SPARC a lansat de curind procesorul pe 64 biti UltraSparc la 1,5 Ghz .  

Trebuie amintit ca un calculator poate avea unul sau mai multe procesoare . Placile de baza 'normale' permit prezenta unui singur processor , insa sunt producatori ce ofera optiunea de 'dual processor' . Astfel in sistemele produse de Digital , HP se pot intalni intre 2-8 procesoare . Problema este ca numai anumite sisteme de operare stiu sa foloseasca multiprocesarea (Linux , SunOs , Unix , WindowsNT) . Astfel in Windows 9x prezenta unui processor suplimentar nu va influenta cu nimic performanta sistemului . Sistemele multiprocessor sunt folosite in servere sau in statii de lucru cu flux mare de date (CAD , GIS , etc) . Un alt motiv de a folosi un sistem multiprocessor este securitatea oferita . Astfel in cazul unei defectiuni produse la unul din procesoare conducerea va fi luata de celalalt . 

2.2 MEMORIA

In configuratia unui sistem de calcul intalnim doua mari tipuri de memorii - RAM si ROM. Memoria este spaliul de lucru primar al oricarui calculator . Lucrand in tandem cu CPU (procesorul) are rolul de a stoca date li de a procesa informatii ce pot fi procesate imediat si in mod direct de catre processor sau alte dispozitive ale sistemului . Memoria este de asemenea legatura dintre software si CPU .

Din punct de vedere intern memoria RAM este aranjata intr-o matrice de celule de memorie , fiecare celula fiind folosita pentru stocarea unui bit de date (0sau1logic) . Datele memorate pot fi gasite aproape instantaneu (timp de ordinul zecilor de ns) prin indicarea randului si coloanei la intersectia carora se afla celula respectiva . Se deosebesc doua tipuri de memorie :

SRAM(Static Ram) si DRAM(Dynamic Ram) .

Tehnologia DRAM este cea mai intalnita in sistemele actuale , trebuind sa fie reimprospatata de sute de ori / secunda pentru a retine datele stocate in celulelede memorie (de aici vine si numele) ; fiecare celula este conceputa ca un mic condensator care stocheaza sarcina electrica .

Este prezenta sub doua tipuri de module : SIMM-urile si DIMM-urile . SIMM-ul a fost dezvoltat cu scopul de a fi o solutie usoara pentru upgrade-uri . Magistrala de date este pe 32 biti , fizic modulele prezentand 72 sau 30 de pini . DIMM-ul a fost folosit intai la sistemele MacIntosch dar a fost adoptat pe PC-uri datorita magistralei pe 64 de biti , avand 128 pini .

Tipurile de memorie DRAM sunt : FPM (Fast Page Mode) , EDO(Extended Data Out) , SDRAM (Synchronous DRAM) . Cele mai rapide sunt SDRAM-urile , fiind si cele mai noi , oferind timpi de acces mici (8ns) . 

Tehnologia SRAM foloseste tot un system matricial de retinere al datelor , dar este de cinci ori mai rapida , de doua ori mai scumpa si de doua ori mai voluminoasa decat memoria SRM . Nu necesita o reimprospatare constanta , elementul central al unei celule fiind un circuit basculant bistabil . SRAM este folosit pentru memoriile cache datorita vitezei mari . 

2.3 PLACA DE BAZA           

Placa de baza  este un dizpozitiv 'de baza', un 'pamant' pe care 'se planteaza' celelalte componente . Este componenta pe care se implanteaza procesorul , pe care se afla sloturile de extensie , pe care se afla memoria cache L2 . Pe langa aceasta functie , de support pentru celelalte componente , are rolul de a regla si  distribui tensiune procesorului si celorlalte componente . O placa de baza de calitate are variatii mici al intensitatii curentului 'livrat' si mai multe valori ale tensiunii pe care o poate furniza . Pe o placa de baza se afla urmatoarele componente :.soclul pentru processor(interfata) - un 'socket' in care se introduce procesorul .

Socket 1 - 169 pini , lucreaza la tensiunea de 5V suporta procesoarele 486 DX2 si DX4

Socket 2 - o minora imbunatatire facuta de intel pentru a suporta si procesoarele Pentium Overdrive(processor de upgrade) 238 pini

Socket 3 - alta interfata de la Intel 237 pini 3,3V-5V , suporta procesoarele 586

Socket 4 - trecerea la procesoare Pentium , suporta doar procesoare Pentium 60 si 66

Socket 5 - 3,3V 320 pini , suporta iPentium 75-133Mhz

Socket 6 - 3,3V 235 pini , destinat procesoarelor 486 , un Socket 3 mai avansat

Socket 7 - cel mai popular , 2,5-3,3V 321 pini suporta procesoare 75-200Mhz, procesoare Pentium MMX, K5, K6, 2x86, 6x86MMX .

Socket 8 - 3,1-3,3V 387 pini destinat doar procesoarelor PentiumPro

Slot 1 - 2,8-3,3V , o schimbare radicala, procesorul se introduce in slot ca o placa obisnuita , 242 pini , este folosita doar de Intel , fiind o alegere buna pentru sistemele biprocessor ,

Placa de baza mai include controllere si conectori pentru hard-disk , floppy-disk , tastatura , port serial , optional PS/2 si USB. 

2.3.1 Hard Disk-ul

Interfata pentru hard-disk poate fi inclusa (in cele mai multe cazuri este) pe placa de baza sau poate fi achizitionata ca  placa de extensie separata . Controllerele pentru hard-disk , ca si hdd-urile de altfel, pot fi de doua tipuri constructive : IDE (EIDE) sau SCSI(Small Computer System Interface) . Hard-diskurile SCSI necesita un controller special , interfata SCSI fiind mai avansata decat EIDE , mai scumpa , cu performante mai mari , avand avantajul de a putea conecta pe acelasi controller si cablu  scannere , hard-diskuri , unitati floppy, cdrom, etc, un numar total de 8 device-uri SCSI suportate simultan . Avantajele SCSI sunt multiple: poate conecta pe aceeasi magistrala 8 deviceuri diferite simultan  (IDE - 2 deviceuri si acele HDD sau CD-ROM); lungimea panglicii SCSI - 10-25 m , viteza maxima 80Mb/sec wide ultra2 SCSI; gabaritul redus. SCSI utilizeaza cozi de mesaje. Mecanismele bazate pe astfel de cozi sunt integrate pe scara tot mai larga in sistemele de operare moderne (WindowsNT). Hard-diskurile SCSI au fost intotdeauna cu un pas in fata celor IDE , astfel capacitatile au fost mai mari si viteza de transfer net superioara , cel mai rapid hard-disk IDE acutual are o rata de transfer  maxima de 66Mb/sec (UDMA/66). Marimile hard-diskurilor singulare sunt cuprinse intre 20Mb si 4T. Aceasta capacitate poate fi extinsa prin intermediul discurilor RAID sau prin tehnologia de clustering (conectarea mai multor hdd-uri astfel ca sistemul sa le vada ca fiind unul singur; aceasta tehnologie este folosita si in procesarea paralela) . 

2.3.2  Floppy Disk-ul

Pe placa de baza exista si un controller de floppy disk, care poate fi de 3,5' sau 5,25', modelele mai vechi nu prea mai sunt suportate. Astfel disketele sunt folosite cu unitatea floppy avand capacitate neformatate de 2Mb, prin formatare MS DOS-1,44Mb. Exista unitati de diskette care suporta diskette de mare densitate de 100-200Mb, nestandard (Sony , Travan) si care pot citi si disketele de 3,5'; interfata este separata pentru acest tip de unitati de diskette . 

2.3.3  Slot-urile

Mai exista pe placa de baza sloturile  in care se pot introduce placi de extensie (modemuri , placi video, laci de retea , placi de sunet , etc). Sloturile pot fi diferentiate in  functie de diferentele constructive : VL-BUS , ISA , EISA , PCI ,PCMCIA, AGP . Interfata VL-BUS este depasita , interfata ISA este inca folosita cu success , fiind prezenta pe majoritatea placilor de baza de generatie noua . PCI este cea mai folosita interfata , oferind rate de transfer mari la preturi rezonabile in prezent . A fost introdusa cu ~5 ani in urma urmand standardului EISA . PCMICA este destinat utilizatorilor de calculatoare portabile , oferind conectivitate rapida , autoconfigurarea . Aceste placi sunt extraordinar de mici (si de scumpe), fiind de marimea unei cartele telefonice , duble ca grosime .

Interfata AGP este ultimul venit pe ring , cel mai nou, destinat placilor grafice, in secolul acceleratiei este destnat acceleratoarelor grafice de mare vitezi, facand o legaturi directa intre processor si placa grafici, oferind rate de transfer de pina la 3Gb/sec .

 Toate aceste tipuri de sloturi difera intre ele , exista totusi sloturi PCI/ISA shared in care se pot introduce  placi PCI sau placi ISA .

Porturile seriale sunt destinate conectarii in exterior a deviceurilor care sunt cam putine: modem/mouse. Versiunile noi  poseda cache si o interfata ce 'gindeste' singura degrevand procesorul (UART 16550) .

Porturile paralele sunt destinate conectarii imprimantelor sau altor dispozitive ce functioneaza pe acest tip de port (scannere, placi de acizitie, etc) . 

2.3.4  Modem-urile

Modemurile sunt dispozitive destinate conectarii intre calculatoare cu ajutorul liniei telefonice . Pot fi de doua tipuri constructive : . interne si m. externe . Modemurile interne se instaleaza intr-un slot PCI sau ISA avand integrate portul serial propriu , Ofera conectari la viteze cuprinse intre 600bps si 56700bms . Unele versiuni ofera si capabilitati fax si voice , viteza maxima de primire/trimitere a unui fax fiind de 14400bps . Exista un numar mare de protocoale de corectie si compresie pentru modemuri , ce au rolul de a pastra integritatea datelor transmise (V32/V42,K5Flex,etc) . 

2.3.5  Placile Video

Placile video sunt dispozitive ce fac legatura intre processor/system si monitor. Au rolul de a afisa pe monitor datele procesate de CPU (de fapt rezultatul acestori procesari). Se conecteaza pe placa de baza printr-un slot ISA/PCI sau AGP. Placile video pot contine acceleratoare 3D care degreveaza procesorul, versiunile profesionale incluzand chiar 2 procesoare 3D pe placa video (ELSA Guillemond). Sunt dotate cu memorie (VRAM) intre 512k(Trident) si 96Mb(ElsaG). Reprezinta o componenta importanta a sistemului, viteza sa influentand in mare parte pareformanta sistemului. In functie de cantitatea de memorie existenta pe placa video rezolutiile la care poate lucra sunt 640x480,800x600,1024x764,etc . Placile video bune ofera si o rata de reimprospatare a imaginii optima ce reduce riscul aparitiei afectiunilor oculare . 

2.3.6  Placile de Sunet

Placile de sunet sunt dispozitive ce au rolul de a reda informatia binara sub forma de sunet, sau de a converti sunetele in format .bin. Astfel o placa de sunet se conecteaza la slotul ISA/PCI, apoi la CD-ROM printr-un cablu separat.

Placile de sunet de la Creative sunt dotate cu memorie in care sunt inregistrate sunete originale de instrumente, fiind utile compozitorilor . Atat Creative cat si Aureal au lansat recent o tehnologie de redare spatiala a sunetului . 

2.4 MONITORUL 

Primele generatii de monitoare au fost de tip digital , primind de la calculator toata informatia necesara afisarii sub forma de semnale TTL aparand apoi monitoarele analogice din ce in ce mai constructive . S-a diversificat oferta , perfectionandu-se tehnologiile cristalelor lichide,plasma sa altele .

O clasificare sumara  a monitoarelor ar putea fi facuta dupa unul din criteriile :

    a)dupa culorile de afisare -monitoare monocrome (afiseaza doar doua culori - negru si alb/verde/galben) ; cu niveluri de gri - pot afisa o serie de intensitati intre alb si negru ; monitoarele color

     b)dupa tipul semnalelor video

*Monitoare digitale : accepta semnale video digitale (TTL) sunt conforme cu standardele mai vechi IBM CGA si EGA . Sunt limitate la afisarea unui numar fix de culori .

*Monitoarele analogice : pot afisa un numar nelimitat de culori .

     c)dupa tipul grilei de ghidare a electronilor in tub

*Cu masca de umbrire : ghidarea fluxurilor de electroni spre punctele de fosfor corespunzatoare de pe ecran este realizata de o masca metalica subtire prevazuta cu orificii fine

*Cu grila de apertura : in locul mastii de umbrire se afla o grila formata din fibre metalice fine , verticale , paralele , bine intinse si foarte apropiate intre ele.Calitatea acestor monitoare este superioara .

     d)dupa tipul constructiv al ecranului

*Monitoare cu tuburi catodice coneventionale (CRT) , sunt cele mai ieftine si mai performante de pe piata . Prezinta diferite variante , cele mai intalnite fiind shadowmask CRT si tuburile Trinitron , cu grila de apertura

*Dispozitive de afisare cu ecran plat (FPD-Flat Panel Display), LCD (cristale lichide) si PDP(Plasma Display Panel) . Sunt utilizate la laptopuri , fiind net inferioare monitoarelor clasice.

*Ecrane tactile - adauga posibilitatea de selectare si manipulare a informatiei de pe ecran cu mana;  dimensiunile monitoarelor pot varia intre 14 si 21 inch.