Sisteme De Calcul Şi Reţele De Calculatoare: Componenta Hardware

[+Lus]

Definitie: Un calculator numeric este un dispozitiv automat în care datele reprezentate în binar sunt prelucrate pe baza unui program ce indică o succesiune de operaţii. El reuneşte din punct de vedere fizic şi funcţional, două componente de bază:

• componenta hardware;

• componenta software.

Componenta hardware reprezintă totalitatea resurselor fizice ale calculatorului electronic: circuite electrice dispozitive mecanice şi alte elemente materiale ce intră în structura fizică a calculatorului electronic, practic toate echipamentele fizice cu care este echipat calculatorul (ex. unitate centrală, monitor, tastatură, imprimantă).

Cea mai importantă componentă a unui calculator este placa de bază, care se găseşte fixată vertical în interiorul carcasei acestuia. Termenii placă de bază, placă de sistem, motherboard sunt echivalenţi. Carcasa, care adăposteşte placa de bază, poate fi de tip Full-tower, Mini-Tower, Desktop, Slimline.

Placa de bază este un circuit integrat ce conţine:

• unitatea centrală de prelucrare (UCP)–microprocesorul sau “creierul” calculatorului

• chip set-ul - influenţează performanţele plăcii de bază

• memoriile RAM, ROM, CACHE, BIOS, video

• sloturi de extensie - permit microprocesorului să comunice cu dispozitivele periferice prin intermediul magistralelor

• socket-uri (conectori care realizează interfaţa dintre placa de bază şi un chip);

• conectori interni si externi precum si diferite porturi (seriale, paralele, USB)

• ceasul intern

• cooler – (ventilator + radiator)

• magistrale - ansamblul liniilor folosite pentru a trimite şi a recepţiona date

• sursa de alimentare

Placile de bază pot avea forme si dimensiuni diferite, iar amplasarea tuturor acestor componente pe placă diferă în funcţie de tipul plăcii. Actualmente există pe piaţa de calculatoare o varietate mare de plăci de forme şi dimensiuni diferite (AT, ATX, micro-ATX, flex-ATX, NLX ).

În figura de mai jos sunt prezentate componentele unei plăci de bază:

* Unitatea centrală de prelucrare sau microprocesorul.

Microprocesorul sau Unitatea Centrala de Prelucrare (UCP) este componenta de bază a unui calculator. Din punct de vedere construnctiv el este un circuit integrat VLSI (Very Large Scale Integration) programabil, alcătuit din milioane de tranzistori – o adevarată delicatesă electronică.

Microprocesorul realizează urmatoarele activităţi:

• decodifică instrucţiunile programului,

• solicită operanzii,

• execută calcule aritmetico-logice,

• transmite altor componente din sistem mesaje şi semnale de control,

• sincronizează întreaga funcţionare a calculatorului.

Pentru rezolvarea unei probleme prin intermediul calculatorului programatorul scrie un program prin care specifică instrucţiunile care conduc la obţinerea rezultatului dorit. Programele, scrise într-un anumit limbaj de programare, sunt introduse în memoria internă (RAM) a calculatorului sub formă binară. Programul conţine o mulţime finită de instrucţiuni be baza cărora microprocesorul este programat să adune, să înmulţească, să împartă, să deplaseze biţi, să facă operaţiuni logice – comparări, repetări, modificare de biţi sau doar să aştepte.

Execuţia unui program implică încărcarea lui în memoria internă, mai exact în memoria RAM, de unde procesorul preia fiecare instrucţiune, o analizează şi o execută. Rezultale obţinute le transferă înapoi în memoria RAM, de unde vor lua calea spre un periferic de ieşire pentru a fi vizualizate. Traficul de date şi instrucţiuni dintre procesor şi memoria RAM, pe această magistrală numită procesor-memorie este intens, de mare viteză şi nu se admit „strangulări” de transmisii.

Din punct de vedere funcţional microprocesoarele au patru unităţi:

• unitatea aritmetico – logică;

• unitatea de comandă şi control;

• unitatea de memorie interna, cache, registrii;

• unitatea de adresare a memoriei interne (Program Counter PC, RI)

* Unitatea aritmetico-logică

Acest bloc execută prelucrarea datelor fiind specializat în realizarea:

• operaţiilor arimetice: adunare, scădere, inmulţire, împărţire;

• operaţiilor logice: SI, SAU, NU

Pentru realizarea acestor funcţii UAL dispune de următorii regiştri:

• Acumulatorul- reţine operanzii precum şi rezultatele obţinute în urma prelucrării instrucţiunilor

• Registrul F de fanioane (flags) – indicatori de condiţie- care dau precizări în ce priveşte paritatea rezultatului, semnul sau existenţa bitului de transport, împărţirea la zero.

* Unitatea de comandă şi control

• decodifică şi execută instrucţiuni,

• gestionează cererile de acces la memorie,

• controlează şi sincronizează funcţionarea tuturor componentelor din configuraţia calculatorului pe principiul întreruperilor

* Unitatea de adresare a memoriei interne

În memoria internă RAM se găsesc stocate date şi programe pe care microprocesorul trebuie să le execute. Un program este constiuit dintr-un numar finit de instrucţiuni care se succed într-o anumită ordine.

Rolul acestei unităţi este de a transfera instrucţiunile programului şi operanzii din RAM în memoria internă a microprocesorului pentru a putea fi prelucrate; accesul la aceste informaţii se face pe baza adreselor lor de memorie. Pentru gestionarea acestor transferuri procesorul are 2 regiştrii cu destinaţie specială şi anume Program Counter PC (reţine adresa instrucţiunii) şi registru de instrucţiuni RI ( reţine codul instrucţiunii). După execuţia fiecărei instrucţiunii PC se incrementează automat cu o unitate, făcându-se astfel trecerea la adresa instrucţiunii următoare din program.

* Unitatea de memorie interna: memoria cache, regiştrii

Registrul este componenta de bază a microprocesorului. El este capabil să memoreze şi să prelucreze un şir de biţi. Performanţele unui procesor sunt direct dependente de capacitatea registrului care poate fi de 8, 16, 32 şi 64 de biţi.

In figura prezentată regiştrii notati R1, R2, . . . ,Rk, sunt numiţi "de uz general" deoarece, în aceştia se stochează temporar date ( date de intrare, date de iesire, adrese, instructiuni). Referirea la un registru se face prin numele său format dintr-o literă sau mai multe: A, B, C, D, E, H, L, AX, BX, CX, DX, BP, SP, ES,CS, EAX, EBX.

În mod frecvent, se stochează operanzii şi rezultatele intermediare ale prelucrărilor; registrii fiind conectati la magistrala internă de date, prin intermediul unor regiştrii tampon ( RD-registru de date cu rol de a reţine temporar datele până se eliberează magistrala de date şi RA - registru de adrese). Aceşti registrii de uz general sunt la dispoziţia programatorului, fiind utilizaţi prin program (limbaj de asamblare).

Memoria cache stochează o mică parte din datele şi instrucţiunile ce se află în memoria centrală. Aceste informaţii sunt încărcate anticipat în memoria cache, de unde procesorul le poate accesa rapid. Aceasta memorie intermediară este un bloc de memorie SRAM foarte rapidă dar de capacitate limitată, din cauza pretului de cost ridicat.

Totalitatea instrucţiunilor pe care le înţelege un microprocesor reprezintă setul de instrucţiuni.

CISC – Complex Instruction Set Computer, a fost standardul iniţial folosit pentru setul de instrucţiuni al micropocesoarelor.

RISC – Reduced Instruction Set Computer, reprezintă un pas înainte prin simplificarea structurii instrucţiunilor, reducerea numărului acestora, ceea ce înseamnă o viteză mai mare de execuţie.

Unitatea de comandă şi control dispune de un circuit de ceas numit şi orologiu intern, de fapt un generator de impulsuri construit dintr-un cristal de cuarţ. Acesta emite semnale electrice de o anumită frecvenţă, numite şi impulsuri de tact, realizându-se astfel sincronizarea tuturor activităţilor UCP pe un anumit ritm. Frecvenţa ceasului este i un parametru important.

* Principiul de funcţionare al unui procesor

Programul este format din instrucţiuni care se află în memorie internă. Citirea acestora din memorie se face în sensul crescător al adreselor la care sunt memorate. Activitatea microprocesorului constă, în principal, în execuţia instrucţiunilor una câte una, în ordinea în care se află scrise în program. Principalele etape în execuţia unui program sunt:

• citirea instrucţiunii din memorie şi stocarea ei într-un registru intern (RI);

• decodarea instrucţiunii, adică identificarea tipului de operaţie (adunare, scadere )

• executarea instrucţiunilor şi salvarea rezultatelor

Mai multe procesoare sunt capabile sa proceseze concurent mai multe instrucţiuni:

• Procesoare Single Core – Un singur nucleu (core) aflat pe cip se ocupă de toate prelucrarile

• Procesoare Dual Core – Două nuclee într-un singur cip în care ambele nuclee procesează informaţia simultan

* Caracteristici tehnice:

• viteza de lucru ( depinde de frecvenţa ceasului intern, lăţimea de bandă a magistralelor, lungimea cuvântului de memorie);

• mărimea memoriei RAM adresate;

• setul de instrucţiuni.

* Magistrala

Componentele existente pe placa de bază comunică intre ele prin intermediul magistralelor –fire cablate prin care se transmit semnale electrice care cuantifică date sau comenzi.

Clasificarea magistralelor:

A. După blocurile care se conectează la aceasta:

• Magistrala procesor – memorie

• magistrale I/O

Magistrala procesorului este calea prin care microprocesorul comunică direct cu cipurile cu care lucrează (ex. memoria RAM, cache, magistrala sistem.) fiind o magistrală scurtă şi de mare viteză; ea lucreaza la frecvenţa ceasului de bază.

Magistralele de I/O sunt mai lungi şi suportă o gamă mai mare de rate de transfer în funcţie de perifericele cu care comunică; de obicei ele nu sunt conectate direct la procesor pentru că au viteza mai redusă.

B. După tipul de informaţii pe care îl transportă:

• magistrale de date (operanzi, instructiuni)

• magistrala de adrese (adrese de memorie unde pot fi regasite datele)

C. Dupa metoda de comunicaţie

• sincrone ( transferurile de date se fac raportat la semnalul de tact)

• asincrone (nu depind de semnalul de tact)

* Chipsetul plăcii de bază

Este o componentă electronică deosebită care asigură logica de funcţionare a plăcii de bază. Placa de bază este doar un suport fizic de interconectarea electrică a componentelor. Chipsetul este de fapt cel ce coordonează, sincronizează şi controlează toată circulaţia de informaţii pe magistralele plăcii de bază. Chipsetul asigură corelaţia dintre setul de instrucţiuni ale microprocesorului cu sarcinile pe care le poate înţelege placa de bază şi le poate transmite spre execuţie celorlate dispozitive. El dictează parametrii si limitările plăcii de bază spre exemplu: capacitatea şi viteza de lucru a memoriei, tipurile de procesoare compatibile şi viteza lor, magistralele acceptate şi vitezele acestora.

Un chipset este în general împărţit în două părţi:

• north bridge

• south bridge.

North bridge-ul se ocupă cu funcţiile principale, cum ar fi comunicarea cu memoria RAM, cache, cu conectorii PCI şi AGP, în timp ce south bridge-ul gestionează controllerul de hard disc SCSI -Small Computer System Interface sau IDE- Integrated Device Electronic( conector de cuplare a doua hard disc-uri), controller-ul serial şi cel USB.

* Memoria internă

Memoria internă este resursa hardware utilizată pentru stocarea datelor şi instrucţiunilor unui program, a operanzilor, a datelor intermediare şi finale.

Din punct de vedere al rolulului pe care-l îndeplineşe în funcţionarea sistemului, memoria internă se se împarte în următoarele categorii :

• memoria RAM:

• memoria ROM;

• memoria Cache;

• memoria CMOS;

• memoria video.

1. MEMORIA RAM

Memoria RAM (Random Access Memory) este o memorie cu acces direct, care păstrează datele şi instrucţiunile programelor care urmează să fie prelucrate de microprocesor.

Transferul datelor/informatiilor în memorie se numeşte scriere, iar extragerea acestora din memorie se numeşte citire. Memoria RAM este o memorie volatilă, aceasta însemnând că la inchiderea calculatorului informaţiile stocate se pierd. Dacă dorim să păstrăm datele din această memorie pentru a le reutiliza şi după închiderea calculatorului, ele trebuie salvate, adică memorate pe un suport de memorie externă, hard disc sau CD/DVD. Performantele calculatorului cresc atunci când el dispune de mai multă memorie RAM.

Din punct de vedere al principiului de stocare a datelor memoria RAM poate fi de tip:

• DRAM (Dynamic Random Access Memory);

• SRAM (Static Random Access Memory).

2. Memoria DRAM

Memoria DRAM este o memorie a cărui conţinut se pierde dacă prin semnalele de comandă nu se specifică reîncărcarea celulelor. Această operaţie se numeşte „reîmprospătarea memoriei” (refreshing memory). Reîmprospătarea memoriei constă în recitirea la intervale prestabilite de timp a datelor din memorie şi reînscrierea lor la aceleaşi adrese.

2. Memoria SRAM

Este un tip de memorie semiconductoare, unde cuvântul „static” subliniază faptul că, spre deosebire de memoriile DRAM, nu mai este necesar un ciclu periodic de reîmprospătare. Acest lucru este posibil deoarece memoriile SRAM folosesc circuite logice combinaționale pentru a memora fiecare bit.

Alte tipuri de memorii RAM folosite in prezent sunt: DDR SDRAM , DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM (memorii sincrone cu magistrala de memorie, cu rata mare de transfer a informatiilor ).

Module de memorie

Primele calculatoare aveau RAM-ul instalat pe placa de baza ca chip-uri individuale. Aceste chip-uri numite DIP - Dual Inline Package, erau greu de instalat si prezentau dezavantajul că se desprindeau frecvent de pe placa de baza. Pentru a rezolva acest neajuns, proiectantii au lipit chip-urile pe un circuit special numit banc ( modul) de memorie. Exista diferite bancuri de memorie cum ar fi SIMM, (Single In line Memory Module) , acum depasite. În plus SIMM-urile trebuiau instalate în perechi de module identice; au urmat DIMM-urile (Dual In line Memory Module) care se puteau instala şi câte unul.Un alt modul de memorie este RIMM.

4. MEMORIA CACHE

Memoria cache interpune un bloc de memorie rapidă SRAM între microprocesor şi un bloc de DRAM. Memoria Cache permite procesorului să acceseze mai rapid datele pe care în mod normal ar trebui să le citească din memoria principală, memorie care lucrează la viteze mult mai mici decât viteza de lucru a procesorului. Prin acest artificiu se urmăreşte optimizarea modului de lucru dintre procesor şi memoria sistemului.

Exista trei tipuri de memorii cache:

• L1 -memorie cache integrata in procesor

• L2 –memorie cache externă, initial a fost montată pe placa de bază lănga procesor, actualmente este integrată in procesor

• L3 –memorie cache utilizată de calculatoare cu pretenţii de performanţă ridicată.

5. MEMORIA VIDEO

Afişarea informaţiilor pe monitor a devenit o sarcină complexă odată cu trecerea de la monitoarele alb-negru la monitoarele color, de la simpla afişare de text la afişarea imaginilor în mişcare. Placa grafică responsabilă de procesarea informaţiilor care se afişează a devenit din ce în ce mai sofisticată incluzând acum următoarele elemente:

• BIOS-ul video;

• Procesorul video;

• RAM-ul video;

• Drivere.

6. MEMORIA ROM

Calculatoarele personale dispun de circuite de memorie care păstrează programe necesare pentru funcţionarea sistemului, programe ce nu-şi modifică de regulă, conţinutul chiar şi după ce a fost oprită alimentarea sistemului de calcul. Aceste programe speciale sunt păstrate într-o memorie nedistructibilă numită memorie ROM (Read Only Memory). Informaţiile din memoria ROM sunt destinate numai citirii şi nu pot fi modificate sau şterse.

Rolul acestei memorii este de a stoca programe cu grad mare de generalitate şi o frecvenţă sporită de utilizare.

Tipuri de memorii ROM:

• PROM (Programmable ROM - memorii ROM programabile) sunt memorii al căror conţinut nu este fixat din construcţie; conţinutul poate fi înscris după dorinţa utilizatorului, dar o dată ce a fost înscris nu se mai poate modifica sau şterge;

• EPROM (Erasable PROM) sunt memorii PROM ce pot fi şterse, dar numai prin procedee speciale utilizând un generator de radiaţii ultraviolete;

7. MEMORIA ROM-BIOS

Cea mai importantă parte a programelor de sistem care coordonează activitatea calculatorului şi ofera servicii pentru programele de aplicaţii, sunt implementate din construcţie în memoria ROM, constituind sistemul de intrare/ieşire de bază numit BIOS (Basic Input Output System). BIOS-ul este un firmware, adica un soft stocat permanent intr-un cip ROM.

ROM – BIOS-ul conţine programe de gestionare a elementelor hardware ale PC-ului.

Scopul principal îl constituie:

• Secventa POST Power On Self Test reprezintă autotestarea componentelor în momentul punerii sub tensiune a calculatorului. În această fază se verifică starea de funcţionare a calculatorului. Se fac teste de memorie.

• Secventa de BOOT adică încărcarea sistemului de operare de pe dispozitivul de iniţializare . Pentru a fi incarcat sistemul de operare, BIOS trebuie sa citescă mai intâi o inregistrare de incărcare –boot record- aflată la începutul discului şi controlul calculatorului este preluat de micul program conţinut în această înregistrare, urmând astfel să fie incărcat sistemul de operare în calculator. Dispozitivul de iniţializare este de obicei hard-disc-ul ,discheta sau CD-ROM-ul dar utilizatorul are posibilitatea de a specifica de pe care dispozitiv se doreşte iniţializarea.

Programele conţinute în ROM-BIOS sunt transferate pentru execuţie în DRAM, de unde procesorul le executa.Cele mai noi tipuri de BIOS încorporează facilităţi de determinare a configuraţiei interne şi de alocare a resurselor prin intermediul standardului PnP (Plug and Play- conectare şi folosire).

8. MEMORIA CMOS

Memoria CMOS este o mică zonă din memoria RAM care are un circuit de alimentare separat de la un acumulator cu litiu, care permite păstrarea informaţiei din memorie şi după ce se opreşte calculatorul. Din acest motiv memoria CMOS se comportă ca o memorie permanentă, nevolatilă. Avantajul său constă în aceea că informaţiile înscrise aici pot fi actualizate de catre utilizator oricând este nevoie prin folosirea unui mic program al sistemului de operare numit SETUP.

În memoria CMOS se introduc o serie de parametrii şi informaţii de control ca de exemplu: parole, data curentă şi ora, informaţii despre setări ale echipamentelor din configuraţie etc.

*Dispozitive de intrare

Echipamentele periferice de intrare/ ieşire au rolul de a asigura comunicarea între unitatea centrală şi mediul exterior prin intermediul unor unităţi de interfaţă.

Echipamentelor periferice de intrare/ ieşire asigură introducerea datelor, a programelor şi a comenzilor în memoria calculatorului; permite afişarea rezultatelor prelucrării într-o formă accesibilă utilizatorului; asigură posibilitatea intervenţiei utilizatorului în timpul unei sesiuni de lucru.

Potrivit acestor funcţii, echipamentele periferice se pot grupa astfel:

• echipamente periferice de intrare, prin intermediul cărora se asigură introducerea datelor, a programelor , transmiterea unor comenzi manuale, citirea unor imagini, prelucrarea lor , pozitionarea cursorului pe ecran etc. (tastatura, scaner, mouse, microfon)

• echipamente periferice de ieşire, care servesc la redarea rezultatelor prelucrărilor, a mesajelor, a programelor şi a altor informaţii intr-o forma accesibila utilizatorului (monitoare, imprimante, boxe, casti…);

* Suporturi pentru stocarea datelor

*Memoria externă

Memoria externă are rolul de a păstra informaţiile (programe şi date) pe o durată nedeterminată de timp, ea constituind o completare şi o extindere a memoriei interne, având două caracteristici deosebite faţă de memoria internă:

• este nelimitată ca volum;

• este nevolatilă, informaţiile rămân stocate pe o durată, nedeterminată.

Memoria externă este formata din:

• discul fix,

• discuri optice: CD-ROM-ul şi DVD-ul, memoria flash

• discul flexibil,

Fiecare din aceste medii de stocare se caracterizează prin:

• mediul de memorare, reprezentat de suportul fizic propriu-zis pe care se stochează datele: floppy-disc, hard-disc, compact-disc (CD), DVD.

• interfaţa, materializată prin componentele care să permită conectarea la PC a unităţilor fizice de memorare;

• programe (drivere) capabile să controleze transferul bidirecţional de date dintre aceste suporturi externe de memorie şi celelalte componente ale PC-ului.

Hard-discul

Discul fix se regăseşte sub denumiri ca: disc amovibil, disc dur, disc Winchester dar cel mai adesea se foloseşte denumirea de hard disk (HD) fiind principalul dispozitiv de stocare a datelor pentru calculatoarele actuale. Pentru că memoria RAM este volatilă, informaţiile pe care utilizatorul vrea să le pastreze, le transferă din memoria internă in memoria externă (operaţie numita salvare).

Componentele de bază ale unei unităţi de hard-disc sunt:

• platanele– mediul de memorare;

• capetele de citire/scriere;

• mecanismul de poziţionare capete

• motorul de rotaţie platane

• circuitul electronic de comandă şi control a unităţii;

• cabluri şi conectori;

• elemente de configurare (strapuri, micro-comutatoare);

• carcasă

Functionarea HDD-lui:

Mediul de memorare al hard disc-ului este alcătuit dintr-o colecţie de platane circulare, fiecare având două feţe pentru stocarea informaţiilor. Mulţimea pistelor care au aceeaşi distanţă faţă de centru (ax) formează un cilindru.

Unitatea de hard disc are câte un cap de citire/scriere pentru fiecare faţă a platanelor; toate capetele sunt montate pe un mecanism special care asigură deplasarea lor pe orizontală. Capetele sunt deplasate înainte şi înapoi simultan pe suprafeţele platanelor; ele nu se pot deplasa independent unul de celălalt deoarece sunt montate pe acelaşi suport numit rack.

Platanele, în numar de 2-3, montate una peste alta (deci există 4 sau 6 feţe), motorul de rotaţie, capetele şi mecanismul de poziţionare a capetelor sunt închise într-o carcasă etanşă. Discurile se rotesc şi capetele se miscă deasupra discurilor, înregistrând informaţiile pe piste şi sectoare. Capetele din unitatea de hard disc nu ating suprafeţele discurilor în timpul funcţionării HDD-ului. Atunci când unitatea nu este sub tensiune capetele stau aşezate pe suprafaţa platanelor dar când calculatorul este sub tensiune o pernă de aer ţine capetele de citire/scriere suspendate deasupra sau dedesubtul fiecarei feţe de disc. Dacă sub perna de aer se infiltrează praf, sau apar diferite şocuri, capul ar putea intra in contact cu discul care se roteste cu viteza maximă şi ar putea determina deteriorarea HDD-ului. Se pot pierde câţiva octeţi de informaţie sau se poate distruge întreg HDD-ul. Protecţia împotriva şocurilor se realizează prin plasarea între unitatea de disc şi carcasă a unor periniţe de cauciuc ca suport amortizor.

Înregistrarea informaţiilor pe hard disc se face conform principiului electromagnetismului care afirmă că în jurul unui conductor prin care circulă curent electric, este generat un câmp magnetic care polarizează orice material magnetic aflat sub influenţa sa. În plus dacă se schimbă sensul curentului electric, atunci se inversează şi polaritatea câmpului magnetic. Capetele de citire/scriere sunt realizate din materiale bune conducătoare de electricitate. Platenele sunt , fie din aluminiu, fie din sticlă, iar deasupra lor este depus un strat de material uşor magnetizabil (oxid de fier in combinatie cu alte elemente). Pe măsură ce discul se roteşte sub capul de scriere se induce un flux magnetic; la inversarea sensului curentului electric a capului se inversează şi polaritatea fluxului magnetic indus pe suprafaţa discului magnetic. Practic aceste inversări de flux realizează înregistrarea informaţiilor.

Informaţiile sunt înscrise pe disc prin trecerea unor curenţi electrici printr-un electromagnet (acesta fiind capul de citire/scriere) care generează un câmp magnetic care se păstrează pe disc.

Performantele HDD-ului

Sunt date de:

• Timpul mediu de pozitionare- exprimat in milisecunde, se referă la timpul mediu necesar capetelor de scriere/citire să se poziţioneze între 2 cilindrii oarecare

• Timpul mediu de acces la date - se referă la timpul mediu (măsurat în milisecunde) care se scurge până la pozitionarea capetelor pe sectorul dorit, după pozitionarea capetelor pe cilindru ( acest timp are influenţe asupra performantelor de citire, scriere)

• Rata de transfer-reprezintă viteza cu care unitatea de hard disc si controler-ul asociat pot sa trimita date spre sistem

Tipurile de interfete folosite de-alungul evoluţiei calculatoarelor sunt:

• ST-506/412 Sagate Tehnologie

• ESDI-Enhanced Small Device Interface;

• IDE Integrated Device Electronisc- interfata mai mult de sistem;

• SCSI - interfata mai mult de sistem;

• SATA – Serial ATA este o versiune cu transmisie seriala a interfetei ATA. O interfata SATA are un conector cu 7 pini.

• PATA – Parallel ATA este o versiune cu transmisie paralela a interfetei ATA.

Diferitele tipuri de interfeţe limitează viteza cu care sunt transmise informaţiile între HDD şi PC şi prezintă diferite niveluri de performanţă în funcţionare. Deşi utilizatorii se concentrează mai ales asupra timpului mediu de acces declarat de producător (timpul necesar capetelor de citire/scriere pentru a fi poziţionate de la o pistă la alta), rata de transfer dintre HDD şi PC este mult mai importantă deoarece unităţile cheltuiesc mai mult timp pentru scrierea sau citirea informaţiilor decât pentru mişcarea capetelor.

* Compact discul

CD-ROM-ul (Compact Disc Read Only Memory) constituie un alt suport de memorie externă.

Stocarea şi accesarea datelor pe CD-ROM-uri, se realizează prin mijloace optice cu o viteză relativ mare, de aici şi denumirea lor de discuri optice.

Discurile CD-ROM şi discurile CD-audio sunt asemănătoare. Ele sunt identice ca suport, ca principiu de citire , ca mărime şi format fizic, însă diferă din punct de vedere al conţinutului informaţional şi al unităţilor hard pentru înregistrare şi redare. Un CD-ROM introdus într-o unitate CD-audio, nu va putea fi citit întrucât această unitate nu este prevăzută cu facilităţi de decodificare a informaţiei, in schimb un CD-audio, introdus insă într-o unitate de CD-ROM, va putea fi citit şi redat fără probleme.

Principalele caracteristici de performanţă ale unităţilor de CD sunt:

• capacitatea de stocare; este de 682 M, organizaţi în 99 piste cu cel puţin 300 sectoare/pistă.

• timpul de acces; este mai mare ca la HDD

• rata de transfer; se referă la cantitatea de informaţie ce se transferă într-o secundă. Rata de transfer depinde, în primul rând de timpul de acces şi de viteza de lucru a unităţii CD.

• interfaţa.

Viteza de lucru reprezintă un parametru care influenţează direct rata de transfer şi timpul de acces şi se stabileşte în raport cu primul tip de unitate CD numit single-speed (1X), care lucra cu un transfer de 150 KB/secundă. Faţă de acesta s-au dezvoltat apoi celelalte variante din ce în ce mai performante, la viteze de 2xSpeed, de 4xSpeed, de 8xSpeed ş.a.m.d. ajungându-se în prezent până la 48x şi 52x, pentru care rata de transfer este de 7200 K/s, 7800 K/s respectiv.

Există trei tipuri de interfeţe (IDE/ATAPI, SCSI şi particulare), IDE oferind cel mai bun raport preţ/performanţă. Sistemele ce lucrează sub Windows includ toate driver-ele necesare unităţii CD-ROM, efectuând automat instalarea software-ului necesar.

Tipuri de CD-uri:

• CD-R- CD-Recordable; se pot scrie o singură dată informaţiile pe CD, dar in mai mute sesiuni, CD–ul umplându-se pe măsură ce se fac noi inscripţionări

• CD-RW CD-ReWritable; se comportă mai mult ca un hard-disc convenţional, decât ca un CD-R. Datorită timpului scurt de viaţă al acestui mediu sensibil, CD-RW funcţionează cel mai bine dacă se reduc la minim operaţiile de actualizare a datelor care poate consuma prematur suportul.

Discuri digitale DVD

DVD-urile (Digital Versatile Disc) constituie a doua generaţie de dispozitive de stocare fotomecanice. DVD-ul are ambele feţe operaţionale, iar informaţia citită de pe disc este identică cu cea de pe CD. A fost produs in scpul de a stoca filme si colectii voluminoase de date.

Suportul DVD semănă cu CD-ul, dar spre deosebire de un CD convenţional, DVD-ul este alcătuit din două discuri lipite unul de celălalt. Fiecare disc putând fi înregistrat pe ambele părţi. Discul rezultat dispune deci, de patru suprafeţe de înregistrare.

Pista în spirală a DVD-ului e ştanţată mai dens, pentru a-i conferi o capacitate mai mare mare de stocare (4.7 Gb).

Driverele pentru DVD se instalează exact ca driverele de CD ROM; deşi folosesc aceleaşi interfeţe, capacităţile şi formatele lor diferite necesită software special.

Blu-ray

Alternativele DVD-ului sunt Blu-ray şi HD-DVD. Motivul pentru care se caută un înlocuitor la acest mediu de stocare este acela că rezoluţia maximă pe care o poate asigura nu ţine pasul cu ritmul de dezvoltare a dispozitivelor periferice specializate în afişarea imaginilor.

Raza laser folosită pentru citirea şi scrierea informaţiilor este din spectru albastru (violet-albastru), lungimea de undă este de 405 nm. Cantitatea de informaţie este atat de CD-uri, cat si de DVD-uri pentru a citi si scrie discurile este din spectrul rosu, avand lungimi de unda de 708, si respectiv 650 de nm

Blu-Ray foloseste un laser din spectrul albastru (de fapt, violet-albastru) care operează la o lungime de unda de 405 nm, ceea ce inseamnă că o cantitate mai mare de informatie poate fi scrisa pe o suprafaţă egală ca dimensiune pe un mediu de tip CD sau DVD .

Caracteristici:

• Capacitatea este de 25GB în format single layer şi de 50GB în dual-layer (sunt în perspectivă cu 4 sau 8 straturi, mergînd pâna la o capacitate de 200GB)

• Rezoluţia maximă suportată este 1920X1080 pixeli (oferă claritate deosebită)

• Citirea/scrierea informaţiilor se realizează cu unde laser din spectru albastru (violet-albastru)

• Lungimea de undă este de 405nm (determină posibilitatea de stocarea unei cantităţi mari de informaţii pe un anumit spaţiu, a condensării ei)

• Stratul care protejează suprafaţa de înregistrare (recording layer) are o grosime de 0,1 mm oferind un acces mai bun la suprafaţa de înregistrare

• Preţ mare de cost

Varianta mai ieftină a blu-ray-ului este HD-DVD.

Floppy-discul

Discul flexibil reprezintă suportul de memorie externă întâlnit din ce in ce mai rar la calculatoarele personale. El este confecţionat dintr-o folie de plastic flexibil acoperită cu un strat de material feromagnetic şi introdus într-o anvelopa de protecţie.

Floppy discul are diametrul de 3,5 inches si o capacitate de 1,44 MB. Informaţiile sunt înregistrate fizic în piste şi sectoare. Pistele sunt cercuri concentrice dispuse pe suprafaţa discului, în număr de 80. Sectoarele sunt segmente de pistă în număr de 18 sectoare/pistă la FD de 1,44 MB. Un sector are 512 bytes.

Rata de transfer la FD-ul de 1,44 MB este de 500 KB/s. Fiecare pistă este identificată unic printr-o adresă fizică iar sectoarele au un prefix ce serveşte la identificarea acestora. Aceste elemente permit accesul direct la datele stocate pe floppy disc.

Pentru a putea fi folosite floppy discurile se formatează, procedură care se realizează sub controlul sistemului de operare şi care are ca rezultat verificarea pistelor şi respectiv a sectoarelor şi crearea adreselor fizice. Unitatea de dischetă este utilă pentru a porni calculatorul dacă folosind o dischetă de boot.

Memoria Flash

Memoria Flash este o memorie nevolatilă, de tip EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), care se programează şi se şterge la nivel de blocuri mari de memorie. Viteza de sciere/citire a informaţiilor este mare (dar mai mică decât a memoriilor DRAM).

Din punct de vedere a tipurilor de poartă logică implementată memoria flash există sub forma de Flash NOR (NOT OR- adevărat numai dacă ambele intrări sunt false) şi NAND (NOT AND –fals numai dacă ambele intrări sunt adevărate)

Caracteristici:

• Au dimensiuni mici, fiind uşor portabile

• Capacitate de stocare acceptabilă ( 1Gb-8Gb)

• Reziste la şocuri şi temperaturi mari

• Timp de viaţă de 10000-100000 de cicluri citire/scriere (NOR) iar NAND de 10Xmai mult

• Durata pastrării acestor informaţii este de ordinul câtorva zeci de ani şi este condiţionată de tensiunea de prag logic al tranzistoarelor(cand semnalul de prag devine slab nu se mai poate detecta dacă este 1 sau 0 logic, fapt ce produce pierderea informaţiilor din memorie)

Forme ale memoriei flash: MMC (multi media card), Memory stick, Ata Pc Card.

* Tipuri de conectare a componentelor hard

Porturile standard seriale si paralele

După modul de transmitere a semnalelor electrice între echipamentele periferice şi plăcile adaptoare, numite şi controllere, interfaţa de comunicaţie şi implicit porturile care asigură conectarea directă a echipamentelor se clasifică în două categorii:

• interfaţă (porturi) serială;

• interfaţă (porturi) paralelă.

Majoritatea dispozitivelor periferice de intrare se pot conecta la magistrala PC-ului prin porturile de comunicaţie serială, denumite COM1 şi COM2. În vederea transferului de date către memoria internă RAM; datele sunt transmise serial prin interfaţă sub forma de şiruri secvenţiale de biţi având câte un bit de start şi unul de sfârşit. Sistemele obişnuite includ unul sau doua porturi seriale, având conectoarele plasate pe panoul din spate a carcasei calculatorului. Porturile seriale sunt controlate de cip-ul South Bridge al chipset-ului placii de bază.

Porturi paralele

Porturile paralele sunt utilizate în mod normal pentru conectarea imprimantelor la sistemul de calcul.

Interfeţe de hard disc

Se folosesc mai multe tipuri de interfeţe de hard disc: IDE, EIDE, SATA

IDE (Integrated Drive Electonics) este un termen general aplicat tuturor HDD-erelor care au un controller integrat în unitate; ansamblu format din combinaţia unitate /controller este conectat la unul din porturile de pe magistrala plăcii de bază.

Interfete de sistem: USB, IEEE-1394 (Firewire), SCSI, SATA

USB (Universal Serial Bus)

Interfaţa USB este un standard de magistrală periferică externă care implementează caracteristica Plug -and-Play pentru conectarea echipamentelor periferice la unitatea centrală. Calcu¬latoarele dotate cu magistrală de tip USB vor permite echipamentelor perifericelor să fie recunoscute şi configurate în mod automat îndata ce sunt ataşate fizic, nefiind necesar reiniţializarea calculatorului sau rularea programului de configurare. Avantajele aduse de această interfata USB sunt rularea simultană pe magistrală a până la 127 de dispozitive periferice precum si viteza mare de transmitere a datelor.

SCSI (Small Computer System Interface)

SCSI (Small Computer System Interface) este o interfata de sistem care realizeaza si interfata cu hard disc-ul. SCSI nu este un tip de controller, ci o magistrală care acceptă până la 8 sau 16 echipamente. Unul dintre ele (adaptorul gazdă) funcţionează ca o poartă între magistrala SCSI şi magistrala sistemului, celelalte şapte pot fi echipamente periferice: harddiscuri, unităţi de casetă magnetică, unităţi CD-ROM, DVD. Standardul SCSI defineşte parametrii fizici şi electrici ai unei magistrale paralele de I/O folosită pentru legarea calculatoarelor şi echipamentelor periferice.

IEEE-1394 (Firewire)

IEEE-1394 (Firewire) este planificat să suporte rate de transfer de 1.600 Mbps; viitoarele versiuni ale standardului ar putea atinge viteze de până la 3.200 Mbps. Dispozitivele 1394, spre deosebire de dispozitivele USB, pot fi utilizate într-o înlănţuire, fără a folosi un distribuitor; distribuitoarele sunt recomandate pentru dispozitivele care vor fi schimbate la cald. IEEE-1394 mai este cunoscut după două alte nume uzuale: i.Link şi FireWire..

Bluetooth

Bluetooth creeaza mici retele fara fir, denumite retele personale PAN (Personal Area Network) intre PC si dispozitive periferice cum ar fi: imprimante, tastaturi, mouse-uri, chiar si ehipamente electronice cum ar fi telefoane celulare, televizoare, sisteme de protectie a locuintelor. Este foarte rezistent la interferentă. Transferul de date se face cu o rata aproximativa de 723Kbps,si are o raza de actiune cam de 10m. Există si dispozitive Bluetooth mai performante dar acestea nu sunt inca disponibile pe scară largă.

Domeniul: Informatică

Calificarea: Analist programator

Nivel 3 avansat

AUTORI:

CARMEN MARIANA POPESCU – profesor grad didactic II

MARIANA VIOLETA CIOBANU – profesor grad didactic I

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TIC, proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013

Articolul face parte dintr-un PDF primit de la un prieten care urmeaza cursurile. Dupa ce termin de citit si partea Software, voi face un alt topic cu respectivele informatii (si tot asa, cu celelate teme).

[Courage]

Nice. pinned please

[+Raziel]

Hai ca nu e chiar asa nice.

De cand a devenit placa de baza un circuit integrat care mai contine si sursa de alimentare ?

Performantele calculatorului cresc atunci când el dispune de mai multă memorie RAM.

Nu intotdeauna. Cresc pana la un moment dat. Asta ca o completare.

Primele calculatoare aveau RAM-ul instalat pe placa de baza ca chip-uri individuale. Aceste chip-uri numite DIP - Dual Inline Package, erau greu de instalat si prezentau dezavantajul că se desprindeau frecvent de pe placa de baza.

Ceea ce vroiau sa spuna autorii este ca cip-urile RAM erau lipite direct pe placa de baza. Cip-uri individuale sunt si acum, numai ca sunt aranjate in stiva pe un modul separat de placa de baza. Din nou, DIP sunt si acum. DIP nu este o denumire sau specie de cip, ci se refera la un tip de capsula de impachetare a circuitelor integrate. DIP-urile sunt de departe cele mai usor de lipit/dezlipit pentru cine are si stie sa manevreze un letcon, numai ca intr-un calculator unde vorbim de modularitate si extensibilitate, ar fi o sinucidere curata. Evident, e mult mai simplu sa inlocuiesti un modul cu 20 de integrate decat sa le iei pe rand la dezlipit/lipit ca sa-ti faci un upgrade.

Aia cu desprinderea sau dezlipirea frecventa a integratelor de pe placa de baza este o gluma foarte proasta. La cat de cretini pot fi autorii, probabil au presupus ca asta a fost motivul pentru care s-a trecut la module, nestiind ca procesul de lipire este identic pe toate PCB-urile.

Memoria CMOS este o mică zonă din memoria RAM care are un circuit de alimentare separat de la un acumulator cu litiu [...]

Memoria CMOS nu reprezinta nici o zona mica din RAM. CMOS este o tehnologie de fabricatie a circuitelor integrate, avand diverse aplicatii. Firmware-ul BIOS este stocat intr-o memorie CMOS dedicata (capsula separata de modulul RAM), nici pomeneala sa faca parte din RAM. CMOS permite consum foarte redus de energie, de aceea s-a optat pentru asta si de aceea bateria de 3V tine 20 de ani.

[...] informaţiile înscrise aici pot fi actualizate de catre utilizator oricând este nevoie prin folosirea unui mic program al sistemului de operare numit SETUP.

Deci, setarile in BIOS se fac prin sistemul de operare cu ajutorul unui program mic si simpatic, avand denumirea foarte generica, de "setup". Astia cred ca au studiat calculatoare la coada vacii. Si nepoata-mea de 5 ani stie ce-i ala BIOS, cum se intra in el si ca n-ai nevoie de OS pentru asta.

Si astea probabil ca sunt doar cateva dintre inconsistentele si incoerentele care mi-au sarit in ochi din primele randuri, strecurate de profesorii de gradul 1 si 2, intr-un material didactic din care copiii ar trebui sa invete ceva.

Nu-i de mirare de ce ies astia spalati pe creier din gimnaziu sau licee sau de ce nu, facultati.

Astept cu nerabdare si partea software.

[+Lus]

Pai, din cate am inteles, la cursuri le vorbea despre iOS si Iphone, motiv pentru care s-a si lasat. Ma rog, completari/corectari sunt mereu bine venite.