1

ACSO1 - 1

INTRODUCERE

ACSO1 - 2

Revoluţia calculatoarelor

• a treia revolutie - dupa cea agricola si industriala

• din 1985 - o dezvoltare accentuata a calculatoarelor

• reducerea costului calculatoarelor aplicatiile

calculatoarelor se multiplica

ACSO1 - 3

Revoluţia calculatoarelor

• ATM –automatic teller machines

• Computere de bord (în automobile)

• Laptopuri

• DNA

• World Wide Web

ACSO1 - 4

Clase de aplicaţii ale calculatoarelor

• Calculatoare personale – utilizate de o persoana

– au doar 35 de ani vechime

• Servere – ruleaza programe complexe pentru utilizatori multipli

– accesate prin retea

– low-end server <-> supercomputers

• Calculatoarele integrate – cel mai larg domeniu de aplicatii si performanta

– microprocesoarele din masinile de spalat, masini, telefoane

mobile, televizoare digitale, avioane, vapoare

– cost mic <-> toleranta mica la erori

2

ACSO1 - 5

Evoluţia vânzărilor de calculatoare

( Patterson&Hennessy, Computer organization design: the hardware/software interface, Elsevier 2005)

ACSO1 - 6

Evoluţia vânzărilor de microprocesoare

( Patterson&Hennessy, Computer organization design: the hardware/software interface, Elsevier 2005)

ACSO1 - 7

Performanţa programului

Componenta hardware

sau software

Cum afectează această componentă

performanţa

Algoritmul Determină atât numărul de instrucţiuni sursă cât şi

numărul operaţiilor de I/E executate

Limbajul de programare,

compilatorul şi arhitectura

Determină numărul de instrucţiuni maşină pentru

fiecare instrucţiune sursă

Procesorul şi sistemul de

memorie

Determină cât de repede pot fi executate

instrucţiunile

Sistemul de I/E (hardware-ul

şi sistemul de operare)

Determină cât de repede pot fi executate

instrucţiunile de I/E

ACSO1 - 8

Legatura hardware-software

• hardware

• softul sistemelor

– sistemul de operare

– compilator

• aplicaţii

Hard-

ware

3

ACSO1 - 9

Limbaj de nivel înalt limbaj maşină swap (int v[], int k) {int temp; temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp; }

Program in limbaj de

nivel inalt (in C)

00000000101000010000000000011000 00000000000110000001100000100001 10001100011000100000000000000000 program in 10001100111100100000000000000100 limbaj masina 10101100111100100000000000000000 (pentru MIPS) 10101100011000100000000000000100 00000011111000000000000000001000

muli $2, $5, 4 add $2, $4, $2 lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2) jr $31

Program in limbaj de asamblare (pentru MIPS)

compilator

asamblor

ACSO1 - 10

Anatomia calculatorului

Cinci componente clasice:

– intrare

– iesire

– memorie

– control

– calea datelor

(UAL, registri, magistralele)

procesor

ACSO1 - 11

Computerul personal

ACSO1 - 12

Dispozitive clasice de intrare

Prototipul din 1967 Doug

Engelbart Primul mouse utilizat in 1973

• tastatura

• mouse-ul –din 1990 devine indispensabil

4

ACSO1 - 13

Mouse-ul electromecanic (cu bila)

1.bila

2.role X si Y

3.discuri de codare optice

4.LED-uri

5.senzori pt. pulsurile de lumina

ACSO1 - 14

Mouse-ul optic

• LED

• camera de luat vederi

alb-negru (1512 cadre/s,

18 x 18 pixeli)

• procesor optic simplu

ACSO1 - 15

Dispozitive clasice de iesire

• Monitorul

– imaginea

colectie de pixeli matrice

320 x 200 pixeli 3840 x 2400 pixeli (in 2005)

1 bit/pixel (alb-negru) 24 bits/pixel (milioane

de culori – masca RGB)

– frame buffer -

stocheaza harta

bitilor (bit map)

frame buffer ecranul

ACSO1 - 16

Monitor CRT (cathode ray tube)

flux de electroni

30-75 imagini

(frame-uri)/s

Tun electronic

5

ACSO1 - 17

Monitor color CRT (cathode ray tube)

ACSO1 - 18

LCD (liquid crystal display)

• polimer lichid intre doua ecrane, polarizate la 90° - nu

lasa sa strabata lumina

• matrice activa – comutator tranzistor pt. fiecare pixel

Molecule spiralate LCD alfanumeric cu doua

linii a cate 16 caractere

ACSO1 - 19

LCD (liquid crystal display)

ACSO1 - 20

Componentele unitatii centrale

Sursa de

alimentare

Placa de baza

Ventilator

Unitate de

DVD

Unitatea

ZIP

Hard drive

6

ACSO1 - 21

Placa de baza

ACSO1 - 22

Clasificarea memoriei

• Primara

• Secundara

• RAM – DRAM (dynamic random access memory)

- pe baza de condensatori

• Cache –SRAM (static random access memory)

- mai rapida, dar mai putin densa -> mai scumpa

• volatila - RAM

• nevolatila – ROM, harddrive, CD, DVD, ZIP

• De citire/scriere

• Numai de citire

ACSO1 - 23

Memoria RAM

DIP 16-pini (Dual Inline Package )

SIPP

SIMM 30-pini

SIMM 72-pini

DIMM (Dual Inline Memory Module)

DDR DIMM (Double Data Rate DRAM )

ACSO1 - 24

Inserarea placilor

7

ACSO1 - 25

Hard disk-ul

• set de discuri

• diametrul de 1-3.5”

• 5400 – 15 000 rot/min

• cap de citire (o bobina)

• acces lent 5-15 ms (fata de 40-80 ns la

DRAM) <- partii mecanice

• nevolatil <- magnetice

• ieftin <- capacitate mare (80-500GB) si

pret moderat

ACSO1 - 26

Hard disk-ul

Western Digital WD400

3.5" hard disk Hard disk fara capac

ACSO1 - 27

Capul de citire al hard disk-ului

Cap de citire/scriere Microfotografie a capului de

citire/scriere (0.3 * 1.2 mm)

ACSO1 - 28

Hard disk-ul “antic”

Hard disk IBM 300

8

ACSO1 - 29

CD-uri

• apar in 1988 –Philips & Sony

• 1,2 mm grosime si 120 mm sau 80 mm diametrul

• viteza de citire de 1,2-1,4 m/s (500 rpm->200 rpm)

• 650 MB (74 min)/790 MB(90 min)/870 MB(99 min)

• nestandardizate dar foarte raspandite 700 MB (80 min)

• cel mai mare producator = Taiwan-ul (70% in 2003)

ACSO1 - 30

CD-uri (2)

• pelicula de:

– cianina – verde, albastru deschis – instabila chimic

– Azo – albastra – stabila chimic – zeci de ani durata de viata

– ftalocianina – argintie, aurie,verde deschis – sute de ani

• laser infrarosu – =780 nm

• inregistrare in mod spiralat prin arderea unor puncte pe

suprafata discului ~ 1µm

• citirea se face pe baza reflexiei suprafetei respective

ACSO1 - 31

DVD-ul

• apar in 1996 in Japonia

• laser rosu – =650 nm

• DVD-5: o fata, un singur strat, 4.7 GB

• DVD-9: o fata, doua straturi, 8.5 GB

• DVD-10: doua fete, un singur strat, 9.4 GB

• DVD-14: doua fete, pe o fata doua straturi pe cealalta un singur strat, 13.3 GB

• DVD-18: doua fete, doua straturi, 17.1 GB

ACSO1 - 32

DVD-ul (2)

• laser rosu – =650 nm

• doua straturi – L0 si L1

• inregistrarea se face pe L0 si

apoi pe L1

• raza laser focalizeaza stratul

citit

• DVD-RW si DVD+RW au

pelicula din aliaj metalic

9

ACSO1 - 33

Blu-ray disc (BD)

• raza laser albastra– =405 nm

• puncte mai mici pe suprafata discului

Dimensiuni Un singur strat Doua straturi

120 mm 25 GB 50 GB

80 mm 7.8 GB 15.6 GB

ACSO1 - 34

Procesorul • numit si UCP

• contine calea datelor si partea

de control

Microfotografie Pentium 4 ( Patterson&Hennessy, Elsevier 2005)

Microfotografie AMD Opteron ( Patterson&Hennessy, Elsevier 2007)

ACSO1 - 35

Istoria microprocesorului

• 1970 –Garrett- primul calculator digital (in F-14 Tomcat)

• Sep.1971- TI- TMS1000- un calculator pe un chip

• Nov.1971- Intel- 4004- 4 biti

• Apr.1972- Intel-8008 – 8 biti -> 8080

• 16 biti – Intel 80186, 80286

• 1979 – 32 biti - MC68000 – cel mai cunoscut procesor

• 1985 - 32 biti – Intel 80386

• Microprocesorul pe 64 biti (pe un chip) -la inceputul anilor 2000

ACSO1 - 36

RISC - reduced instruction set computer

• codare uniforma a instructiunilor

• set de registre omogene

• mod de adresare simplu

• cateva tipuri de date suportate de

hardware

• ex. MIPS, SPARC, POWER,

ARM

• nucleul P6 (PentiumPro) masina

RISC care emuleaza o arhitectura

CISC (Complex Instruction Set

Computer)

Intel 80386DX2

Sun Ultra SPARC II

10

ACSO1 - 37

Tehnologii de producere a procesoarelor

Anul Tehnologia utilizata in calculatoare Performanta

/costul unitatii

1951 Lampi cu vid 1

1965 Tranzistor 35

1975 Circuit integrat 900

1995 VLSI – very large scale integrated circuit 2 400 000

2005 UVLSI – ultra very large scale integrated

circuit

6 200 000 000

ACSO1 - 38

Procesul de fabricare a chip-urilor

( Patterson&Hennessy, Elsevier 2005)

ACSO1 - 39

Wafer

( Patterson&Hennessy, Elsevier 2005)

ACSO1 - 40

Energia consumata de microprocesoare

11

ACSO1 - 41

Racirea microprocesorului

Un Pentium 4 montat pe blocul de racire ( Patterson&Hennessy, Elsevier 2005)

ACSO1 - 42

Ventilatoare

ACSO1 - 43

Comunicarea cu alte calculatoare

• Retele de calculatoare – scheletul sistemului de

calculatoare actual

• Avantaje :

– schimbul de informatii

– partajarea resurselor

– acces la distanta

• Retele locale (LAN)

• Retele globale (WAN)