Arhitectura sistemelor de calcul

I.Arhitectura sistemelor de calcul

Calculatorul sau sistemul de calcul este un dispozitiv care lucreaz( automat, sub controlul unui program memorat, accept(nd (i prelucr(nd date (n vederea producerii de informa(ii ca rezultat al prelucr(rii.

Orice calculator are (n esen(( trei p(r(i:

hardware, adic( partea de echipament a calculatorului;

software, partea de programe;

firmware, partea de microprograme.

Unele lucr(ri de specialitete privesc arhitectura din dou( puncte de vedere:

din punctul de vedere al utilizatorului, arhitectura include (n esen(( setul de instruc(iuni, interfe(ele cu utilizatorii, modul de operare (i control al intr(rilor-ie(irilor etc. Implementarea unei arhitecturi, din acest punct de veder, duce la o familie de calculatoare;

din punct de vedere tehnic sau al proiectan(ilor de echipamente, termenul de arhitectur( se utilizeaz( pentru descrierea maturii, configur(rii (i interconect(rii dispozitivelor SC. Aceasta este accep(iunea general( a arhitecturii SC.

Orice arhitectur( trebuie s( (ndeplineasc( urm(toarele func(ii:

func(ia de memorare (care asigur( p(strarea datelor (i a programelor);

func(ia de prelucrare (care realizeaz( opera(ii aritmetice (i/sau logice asupra datelor din memoria intern();

func(ia de comand( (i control (care supervizeaz( procesul de prelucrare automat( a datelor);

func(ia de intrare/ie(ire (care are rolul de a introduce datele (i programele de aplica(ii de pe suporturi externe (n memoria intern( (i de a extrage rezultatele prelucr(rii din memorie pe un suport extern).

Pentru realizarea acestor func(ii, SEC reune(te urm(toarele unit((i func(ionale:

unitatea central( de prelucrare (CPU);

unit((i periferice conectate la CPU;

unit((i de interfa(( (i linii de comunica(ie (magistrale).

Unitatea central( de prelucrare este componenta de baz( care asigur( prelucrarea efectiv( a datelor prin opera(ii aritmetice, opera(ii logice etc, memorarea datelor (i programelor, comanda (i controlul (ntregului sistem de echipamente.

Ea este alc(tuit( din memoria intern(, unitatea de comand( (i control, unitatea artimetico-logic( (unitatea de prelucrare).

Memoria intern( (memorie operativ( sau principal() p(streaz( datele, instruc(iunile (i rezultatele prelucr(rii.

Unitatea de comand( (i control (CU - Control Unit) supravegheaz( activitatea (ntregului SC. Ea asigur( stabilirea ordinii de execu(ie a instruc(iunilor, controlul memoriei principale (n timpul memor(rii datelor (i instruc(iunilor, activarea tuturor unit((ilor (i subunit((ilor sistemului de calcul. Aceste func(ii le realizeaz( citind succesiv instruc(iunile (n unit((i de memorare ultrarapide, numite regi(tri, unde le interpreteaz(. (n urma acestor interpret(ri, emite semnale, care reprezint( comenzi, diferitelor dispozitive hard.

Unitatea de prelucrare realizeaz( (n esen(( dou( categorii de opera(ii: aritmetice, adic( adun(ri, sc(deri, (nmul(iri (i (mp(r(iri (i logice, adic( opera(ii booleene. Instruc(iunile sunt aduse (n ordinea dictat( de CU (n regi(tri unde se interpreteaz(, se aduc operanzii din memorie, se execut( opera(iile, rezultatul se depune iar (n memorie.

Unit((ile periferice conectate la CPU realizeaz( leg(tura cu mediul exterior av(nd urm(toarele func(ii: schimbul de informa(ii (ntre utilizatori (i calculator, memorarea datelor pe suporturi externe, atunci c(nd memoria intern( este insuficient(, asigurarea dialogului om-calculator.

Unit((i de interfa(( (i linii de comunica(ie (magistrale) sunt dispozitive sau circuite care au sarcina de a facilita leg(turile (i controlul comunic(rii (ntre diferite echipamente periferice sau (ntre acestea (i CPU.

Mul(imea de componente ce pot fi conectate pentru a realiza un sistem de calcul definesc configura(ia sistemului respectiv. Pentru ca un sistem s( fie opera(ional trebuie s( existe o configura(ie minim( (de baz() (n care sunt conectate un num(r minim necesar de componente. Plec(nd de la aceast( configura(ie minim(, (n func(ie de complexitatea lucr(rilor de executat (i de posibilit((ile financiare, utilizatorul ((i poate ad(uga noi componente, (in(nd totu(i cont de limita maxim( admis( de unitatea central( de prelucrare - configura(ia maxim(.

Indiferent de configura(ia adoptat(, la executarea unui program de aplica(ii, (ntre componentele unui SEC se realizeaz( urm(toarele fluxuri informa(ionale:

fluxul instruc(iunilor care apare odat( cu (nc(rcarea (n memoria intern( a programului (n format executabil, instruc(iunile acestuia fiind preluate de unitatea de comand( (i control pentru decodificare (i transformare (n comenzi.

fluxul comenzilor care se realizeaz( (ntre unitatea de comand( (i control (i celelalte componente ale sistemului, prin transmiterea comenzilor, pentru efectuarea opera(iunilor de intrare-ie(ire, de calcul etc.

fluxul datelor care se realizeaz( pe parcursul execu(iei comenzilor pentru opera(iuni de intrare-ie(ire.

I.1.Microcalculatoare

(Prezenare general( p. 64-65)

Componentele unui microcalculator IBM-PC (i compatibile

(n prezent, cel mai importante microcalculatoare sunt PC-urile (i cele din familia PC-compatibile.

Unitatea central( (procesorul)

Este componenta cea mai important( a unui calculator, coordon(nd (ntreaga activitate a acestuia, fiind (n acela(i timp (i cea mai costisitoare. Toate datele (i instruc(iunile de program trec pe aici (n drumul lor c(tre alte p(r(i ale calculatorului. De aici se solicit( informa(ii pe care utilizatorul le va introduce de la tastatur( sau de la alte mijloace de introducere sau se afi(eaz( rezultatele pe monitor. Tot (n unitatea central( sunt realizate prelucr(rile de date prin executarea unui program memorat.

Dup( forma unit((ii centrale, PC-urile se pot clasifica (n:

- PC-uri DeskTop care au cutia central( de form( paralelipipedic( cu baza mare jos, acesta fiind (i modelul de baz(;

- modelele tower (i minitower (turn) (n care baza mic( este jos, av(nd forma unui turn. Acest model se utilizeaz( (n general la sistemele mari (de exemlu, la serverele de re(ea IBM PS/2);

- laptop, denumit de unii produc(tori powerbook (Apple) sau notebook are unitatea central( sub form( de geant( diplomat, cu un ecran ultraplat, destinat c(l(toriilor.

Firma Compaq a fost cea care a fabricat pentru prima dat( un calculator compatibil IBM care putea fi plimbat ca orice alt bagaj. A fost botezat portabil. Termenul laptop a (nlocuit termenul de portabil c(nd respectivul calculator ca urmare a (mbun(t((irilor aduse a (nceput s( scad( (n greutate, ajung(nd s( c(nt(reasc( doar vreo 4-5 kg.

Extinderea ariei de cuprindere a microcalculatoarelor la laptop-uri, notebook-uri, palmtop-uri i tablet (pen based) s-a fcut datorit tendinei din rile dezvoltate de a utiliza calculatoarele n afara biroului, prin apelarea la baterii speciale de alimentare, cuplate la linia telefonic pentru a servi drept surs de alimentare a bazelor de date din birou. Cea mai mare utilizare a lor este n domeniul desfacerii, prin plasarea lor n punctele de vnzare.

Trsturile de baz ale acestor minicalculatoare:

1. laptop computerele apar n 1982 (firma Grid Systems realizeaz( primul laptop cu o greutatea 4,5 Kg. Pe parcurs greutatea lor a sc(zut. Ecranul a evoluat i el de la monocrom la color, n 1991 (firma Toshiba).

2. notebook computerele apar n 1988 (firma NEC), cntrind pe jumtate ct un laptop la nceputurile sale astfel nct puteau s ncap ntr-o serviet.

3. palmtop computerele au numai 0,5 Kg sau chiar mai puin, fiind posibile de mnuit n palm, cu un ecran care are, de cele mai multe ori numai 8 linii de afiare, utilizndu-se n magazinele cu amnuntul sau ridicata pentru memorarea stocurilor sau a desfacerilor, datele respective fiind transmise la centrul de prelucrare prin intermediul liniei telefonice.

4. tablet computerele (n 1990- GRiD Systems Corp., filial( Tandy) sau pen based, calculator planet sau calculator bazat pe stilou vine n sprijinul persoanelor care nu au folosit niciodat o tastatur i nici mouse-ul. S-a conceput o plan(et( special( care este de fapt un ecran anume pe care se poate interveni cu arhicunoscutul stilou.Tehnica utilizrii planetei este cea nvat n prima clas la coal: nu-(i convine ceva (i-l tai cu o linie, (nsemn(nd (tergere, vrei s( modifici altceva (i-l (ncercuie(ti, dup( care po(i face corectura de rigoare. Sunt folosite mai ales la facturri n cazul deplasrilor de la sediul firmei. Dac la nceput preul lor erau de 5000 $ n 1994 au ajuns s coste 2000$ .

(n unitatea central( se g(sesc:

placa de baz( sau mother board care con(ine elementele electronice principale cum ar fi: microprocesorul, memoria operativ(, microconectorii de configurare etc. Pe placa de baz( exist( o serie de socluri libere care dau posibilitatea extinderii ei. Aceste extensii sunt de obicei introduse fie sub form( de cip-uri specializate, fie sub forma unor pl(ci sau cartele specializate, cum ar fi: pl(ci grafice, extensii de memorie, pl(ci de modem, pl(ci de fax etc. Deci, un PC poate fi f(cut cu at(t mai performant cu c(t are mai mul(i conectori liberi. (n cazul PC-urilor, conectorii sunt identici (i ei pot fi cu 8 sau 16 bi(i. Tot pe placa de baz( se implemeteaz( cip-urile pentru extensiile de memorie, interfe(ele de comunicare etc.

una sau dou( unit((i de dischete;

una sau dou( unit((i de disc Winchester;

sursa de alimentare care transform( curentul alternetiv de la re(ea de 220V sau 110V (n curent continuu. Puterea de alimetare difer( de la un produc(tor la altul, pre(ul PC-urilor fiind de cele mai multe ori influen(at de aceast( putere.

(n general, omul de pe strad( este bombardat de reclame de felul v(nd microcalculator 100% compatibil IBM-PC. Se pune problema ce (nseamn( compatibilitate IBM-PC.

Compatibilitatea IBM-PC se realizeaz( prin:

- existen(a unui microprocesor din tip Intel;

rularea pe un sistem de operare compatibil MS-DOS

(n general, compatibilitatea IBM-PC se (mparte (n:

- compatibilitate 99%. Compatibilitatea 100% nu se poate realiza deoarece memoria ROM IBM nu poate fi copiat(. O compatibilitate 99% asigur( posibilitatea utiliz(rii tututror produselor soft. Exist( programe, cum ar fi compatest, publicat (n revista SOFT MICRO care stabilesc coeficientul de compatibilitate

- compatibilitate 66% reprezint( o compatibilitate soft, dar nu (i hard

- compatibilitate 33% reprezint( o compatibilitate redus(, relativ la principalele produse soft

- compatibilitate MS-DOS, reprezint( o compatibilitate redus(, referitoare doar la unele versiuni MS-DOS.

I.2.Microprocesorul

Microprocesorul este componenta de baz( a unit((ii centrale de prelucrare, reprezent(nd creierul artificial al unui microcalculator. Din punct de vedere fizic este realizat dintr-o capsul( ceramic( sau plastic (circiut integrat pe scar( larg() (n interiorul c(ruia se afl( mai multe componente electronice, num(rul acestora diferind de la un tip la altul (n func(ie de tehnologia de fabrica(ie (i genera(ia din care face parte. La microprocesor este ata(at un r(citor (cooler), ansamblu format dintr-un ventilator mic (i un radiator av(nd rolul important de r(cire a microprocesorului. Cooler-ul este necesar pentru microprocesoare mai puternice dec(t un 486DX2/66 MHz. Datorit( curentului electric care circul( prin circuitele integrate, f(r( un cooler, un microprocesor devine de neatins (datorit( c(ldurii la care materialul din care este confec(ionat poate ajunge) (ntr-un timp extrem de scurt, aproximativ 20 de secunde, iar dup( o scurt( perioad( de timp, se deterioreaz(, circuitele practic topindu-se.

(n 1971, inginerul Marcian Ted Hoff inventeaz( microprocesorul, apari(ia acestuia fiind privit( ca o reac(ie la expansiunea japonez( pe pia(a calculatoarelor de buzunar.

Puterea unui microprocesor const( (n num(rul de bi(i transmi(i (i prelucra(i (n paralel. Prima generaie a nceput odat cu apariia procesorului pe 4 bii, 1-4004, care a fost rapid mbuntit, lansndu-se, n 1974, microprocesoarele pe 8 bii (8008 i 8080), fiind componentele de baz( ale microcalculatoarelor pe 8 bi(i. (n paralel, principalul proiectant de 8008, Frederico Fagin,, se desparte de Intel (i-(i formeaz( firma proprie, Zilog care va produce cunoscutele microprocesoare Z-80.

(n 1978 apare 8086 i 8088, prin care se face saltul de la 8 la 16 bii, adic( (ncepe genera(ia a II-a de microprocesoare. (n scurt timp apr M 68000 produs de firma Motorola (i Z-8000 produs de Zilog.

(n 1982 apare 80186 care este compatibil cu 8086, dar are o serie de func(ii sistem (n plus. Acest microprocesor este extins rapid la 80286 care poate lucra ca un 8086, dar are o serie de facilit((i (n plus, cum ar fi: mecanismele de memorie virtual(, protec(ie, multiprocesare etc. (n 1985 este introdus 80386 care un microprocesor pe 32 bi(i, dezvolt(nd o serie de elemente preluate de la 80286.

P(n( aici, pentru accelerarea calculelor matematice, microprocesoarele trebuiau s( dispun( i de un coprocesor matematic. ncepnd cu seria 80486 (1989), coprocesorul este ncorporat (n microprocesor.

(n 1993, se lanseaz( primul microprocesor al genera(iei a V-a, numit (i Pentium.

Concurena existent ntre firme n acest domeniu a impus un ritm accelerat in dezvoltarea tehnicii de calcul, astfel c( de(i abia lansat pe pia(( microprocesorul Pentium, se (i anun(( urm(torul, ProPentium, iar procesorele de genera(ia a (aptea sunt a(teptate (n 1998.

(n acest domeniu, b(t(lia se d( (n principal (ntre Intel (i Motorola, dar (i DEC, Bell Laboratory, Zilog, Texas Instruments, AMD, Cyrix (.a. au un cuv(nt de spus.

Procesoarele au ajuns la preuri accesibile i performane deosebite. Astfel, cele mai rapide procesoare, produse de firma DEC - procesoarele ALPHA, au atins o frecven de tact de 500 Mhz, iar n perspectiva imediat vor lucra la 600 Mhz.Pentru ca procesoarele sale s rspund mai bine volumului i vitezei de procesare cerut de sistemele multimedia firma INTEL a introdus tehnologia MMX. Aceast tehnologie adaug o nou dimensiune programrii prin furnizarea unui set de instruciuni (57) cu un grad nalt de optimizare pentru aplicaiile multimedia. De fapt, aceste noi instruciuni ofer performane n operarea cu ntregi de 8 sau 16 bii, specifice aplicaiilor multimedia sau de comunicaie ce includ filtre i algoritmi de compresie.

Dac Microsoft denumete noile sale produse cu nume de orae (Chicago, Nashvile, Memphis, Cairo), mai nou Intel folosete pentru aceasta nume de ruri. Apele nvolburate ale rului Klamath curg dinspre Oregon spre California, Deschutes este un afluent al lui Columbia River, Merced curge dinspre Parcul Naional Yosemite direct ctre Santa Clara, localitate unde se afl sediul firmei Intel.

Debut(nd la 266 MHz, ultimul procesor al firmei Intel, Pentium II, numit Klamath se afl( (n fruntea procesoarelor x86. El dispune de o memorie cache L1 de 32 KB , dublu fa de Pentium, dispune de noul set de instruciuni MMX, are 512 KB cache L2. Procesorul este considerat Pentium Pro-ul pentru piaa de larg consum. Printe alte caracteristici se numr i faptul c se folosete pentru realizarea lui tehnologia CMOS de 0.28 microni.

Deschutes este considerat a fi Pentium Pro-ul pentru notebook-uri. Va fi realizat n tehnologie de 0.25 microni, va funciona la o tensiune de alimentare mai redus, tranzistoarele vor fi mai mici, traseele mai scurte, frecvena de tact de 300MHz sau chiar 333MHz.

(n 1998 este a(teptat Katmai care va avea pe l(ng( un cache mai mare al procesorului (i extensii MMX (este vorba de MMX II). Trecerea la Merced va fi reprezentat( (n 1999 de Willamette de la care se a(teapt( modific(ri esen(iale ale nucleului procesorului. Familia Pentium se va extinde cu (nc( un element: odat( cu Tillamook, structurile CMOS se vor mic(ora de la 0,35 microni la 0,25 microni, astfel c( tensiunea va sc(dea la 1,8 V. Acest procesor se va preta mai ales pentru notebook-uri rapide.

Viitoarea familie Intel va fi pe 64 de bii. Primul procesor din aceast familie va fi cunoscut sub numele Merced ce va fi disponibil n anii urmtori. El apare (n documentele dezvoltatorilor sub numele P7. Pentru acest P7 conlucreaz Intel cu HP. Este un circuit integrat pe 64 bii, compatibil cu arhitectura x86 de la Intel i PA-RISC de la HP. Procesorul este o dezvoltare a lui Pentium Pro.

Rivalii firmei Intel, AMD i Cyrix lucreaz de muli ani, n ritm alert, pentru a depi performanele firmei Intel i se pare c a doua chiar a reuit pentru c a anunat un procesor care ntrece procesoarele firmei Intel. Pn acum, Intel era vioara nti printe productorii de microprocesoare compatibile 80x86. Competitorii cei mai importani (AMD i Cyrix) fceau eforturi nsemnate pentru a putea ine mcar pasul cu liderul. Iat c de data aceasta Cyrix a reuit s urce pe podium n topul microprocesoarelor pentru PC-uri cu noul su cip. Ultimul procesor Cyrix este compatibil cu Pentium i ruleaz la 150 de MHz intern. Se numete P200+. P200+ are o magistral sistem de 75 MHz fa de cei numai 66MHz ntlnii la Pentium 200. Magistrala sistemului funcionnd la 75 MHz, asigur un schimb de date cu exteriorul mai rapid dect magistrala de 66 MHz a lui Pentium 200. Mai mult, Intel a mpins la limit performanele care se pot obine din actuala arhitectur Pentium, pe cnd Cyrix a reproiectat arhitectura procesorului su pentru a-l mbunti. Cyrix sper s-i impun procesorul i printr-o politic agresiv de preuri: cipul su cost 499$ en-gros, cam cu 100$ mai puin dect P200 al lui Intel. Drept urmare, preurile sistemelor P200+ ar trebui s fie competitive fa de Pentium200. De exemplu: un sistem Cyrix P200+ minitower cu 16 M EDO RAM, 256 Kcache, harddisk 2,5G, plac video Matrox MGA Milenium cu 2M, plac de sunet Sound Blaster AWE32 monitor de 17 cost cca. 2700$. Un Dell Dimension XPS P200 similar cost aproape 4000$ (toate preurile sunt pentru piaa SUA). Ce poate amenin(a ast(zi succesele firmei Intel ? Pentru moment constructorii microprocesoarelor RISC (necompatibile cu cele de la Intel) par resemna(i. C( este Digital (Alpha), Silicon Graphics (Mips), Sun (Sparc) sau trioul IBM-Motorola-Apple (Power PC), to(i au e(uat (n tentativele lor de a (ndigui marca Intel.

Dar ast(zi cel mai serios pericol pentru Intel pare a fi NC (Network Computer sau Network Client), acest terminal economic ap(rut odat( cu valul numit Internet. Aceste calculatoare se bazeaz( pe re(eaua la care sunt conectate, nu au hard-disk-uri, (ncarc( sistemul de operare (i programele prin re(ea de pe servere. Schimb(nd programele sale pe servere la distan((, NC nu necesit( o putere intrinsec( important(, o filosofie care se dovede(te a fi cu totul contrar( celei a lui Intel pentru care posturile de lucru trebuie s( fie totdeauna mai puternice. Consider(ndu-l un real pericol, Intel a anun(at (n colaborare cu Microsoft un PC economic, NetPC, lipsit de numeroase capacit((i de extensie, dar care conserv( un procesor cu totul normal. NetPC este g(ndit ca un nou membru al familiei de PC-uri (i nu ca un (nlocuitor pentru acestea.

nc de la apariia circuitului integrat, procesoarele au cunoscut progrese rapide. Numrul de tranzistori pe care proiectanii au reuit s-l mpacheteze ntr-un cip s-a dublat la fiecare 18 luni. Astfel, n intervalul de 10 ani procesoarele din familia x86 au crescut n densitatea circuitelor logice de 20 de ori. (de la 1,2 milioane la i-486 la 50-100 milioane la i -786).

Bazele acestei mbuntiri continue o reprezint fotolitografia, tehnologie prin care circuitele integrate se realizeaz prin depunerea, una peste alta, n straturi succesive, a unor structuri de metal sau siliciu tratat chimic prin care se obine pastila de siliciu. Posibiliti de dezvoltare mai exist dar, dup cum afirm specialitii, aceast tehnologie este limitat de frecvena razei de lumin i de rezoluia lentilelor. De aceea cercettorii caut noi soluii, una oferind reale posibiliti i are la baz principiile mecanicii cuantice. Aceast nou tehnologie se bazeaz pe realizarea calculelor prin intermediul atomilor individuali, a cror comportament este dictat de mecanica cuantic. Mecanica cuantic, pornind de la comportamentul dual und-corpuscul, consider c fiecare atom poate fi vzut fie ca particul, fie ca und, iar particulele subatomice pot ocupa doar stri energetice discrete, numite cuante. Datorit acestui comportament individual, calculele cuantice pot exploata un fel de procesare paralel.

Diferite cercetri efectuate pn n prezent au demonstrat c un calculator bazat pe mecanica cuantic poate executa o sarcin practic mai rapid dect un calculator digital, opernd totodat cu numere mai mari. Biii cuantici sunt numii cubii, iar un registru de trei cubii poate nregistra toate cele opt numere posibile pn cnd acesta este citit. Mai mult, un calculator cuantic nu trebuie s efectueze calcule numerice i se propune ca acestea s opereze ca i calculatoarele analogice.

Totui tehnologia operaiilor cuantice computaionale este nc la nceput i mai exist unele probleme de rezolvat. Problemele importante ce stau n faa cercettorilor n acest domeniu sunt legate de meninerea unui sistem cuantic coerent i faptul c defectele n echipament cauzeaz acumularea erorilor. Chiar dac problemele de calcul cuantic sunt dificile, procesoarele viitoare vor fi realizate ntr-un fel sau altul. John E. Kelly III, vicepreedintele laboratoarelor de sisteme, tehnologie i tiin de la T.J. Watson Research Center afirm c Undeva ntre limitele litografiei convenionale i mnuirea atomilor, exist destul spaiu pentru a realiza pori logice.(in(nd seama de func(iile clasice (ndeplinite de orice microprocesor, structura standard cuprinde urm(toarele componente:

- unitatea de comand( (i control;

- unitatea aritmetic( (i logic(;

-setul de registre proprii;

-unitatea de interfa(( (i liniile de comunica(ie.

Unitatea de comand( (i control comand(, controleaz( (i coordoneaz( (ntregul proces de prelucrare a datelor (i func(ionarea corect( a tuturor componentelor sistemului pe baza comenzilor transmise de utilizator (i memorate (n memoria intern( a calculatorului.

Ea execut( instruc(iunile astfel:

extrage din memoria intern( a calculatorului o instruc(iune de program;

decodific( instruc(iunea pentru a afla ce opera(ie trebuie s( execute (i ce date vor fi folosite;

extrage din memoria intern( datele necesare prelucr(rii;

activeaz( circuitele electronice corespunz(toare din unitatea aritmetico-logic( pentru a executa opera(ia cu datele solicitate;

scrie la o anumit( adres( de memorie rezultatul ob(inut (n urma execut(rii opera(iei solicitate.

Unitatea aritmetico-logic( (UAL) este alc(tuit( din totalitatea circuitelor electronice prin care se realizeaz( prelucrarea datelor cerut( prin instruc(iuni (i comenzi. Aceste circuite sunt structurate pe registre (8, 16, 32, 64 bi(i) corelate cu lungimea cuv(ntului de memorie (16, 32, 64 bi(i).

La realizarea prelucr(rii datelor particip( de regul( at(t registrele unit((ii aritmetico-logice (registrul de stare, registrul de deplasare, registrul sumator (i pentru opera(ii liniare), c(t (i registrele generale ale microprocesorului.

Principalele tipuri de opera(ii elementare pe care le poate realiza UAL sunt: adunare logic(, opera(ii logice de tip AND, OR, NOT, XOR, opera(ii de complementare a datelor, opera(ii de deplasare a datelor cu un bit la st(nga sau la dreapta.

Opera(iunile complexe asupra datelor sunt realizate de microprocesor prin combinarea opera(iunilor elementare.

Registrele microprocesorului func(ioneaz( ca o memorie RAM proprie (n sensul c( p(streaz( temporar informa(ii ce urmeaz( a fi prelucrate sau rezultate ale prelucr(rilor p(n( la transmiterea acestora c(tre memoria RAM rpopriu-zis( a calculatorului.

Dintre registrele de date (i de adresare ale microprocesorului mai importante sunt:

registrul de date care p(streaz( datele ce urmeaz( a fi prelucrate de microprocesor sau rezultatele prelucr(rii care urmeaz( a fi transmise c(tre memorie pentru stocare;

registrul de instruc(iuni care con(ine (ntotdeauna codul instruc(iunii curente, identificat de UCC pentru a genera secven(a de opera(ii elementare (i a decide execu(ia acesteia.

registrul contor-program con(ine adresa urm(toarei instruc(iuni ce urmeaz( a fi apelat( din memoria RAM (i prelucrat(. Codul instruc(iunii con(inute (n registrul contor-program va fi transferat (n registrul de instruc(iuni dup( terminarea prelucr(rii instruc(iunii curente, iar instruc(iunea adresat( prin registrul program va deveni instruc(iune curent(.

registrul contor-date con(ine adresa operanzilor ce vor fi prelua(i din memoria RAM (i depu(i (n registrul de date pentru prelucrare. Odat( cu (nc(rcarea codului instruc(iunii ce urmeaz( a se executa (n registrul de instruc(iuni are loc (i transmiterea unei comenzi de (nc(rcare a operanzilor (n registrul de date, pe baza adresei con(iunte de registrul contor-date.

Toate opera(iunile aritmetice (i/sau logice, de adresare, de transfer etc au loc pe baza unui dialog (ntre microprocesor (i memoria intern(, pe de o parte, iar pe de alt( parte (ntre componentele func(ionale ale microprocesorului.

Un microprocesor este caracterizat (n principal de:

1. viteza de lucru;

2. dimensiunea memoriei intene ce poate fi adresat( la un moment dat

3. setul de instruc(iuni ce poiate fi executat;

4. fiabilitatea (i costul de fabrica(ie.

1. Viteza de lucru arat( c(t de repede realizeaz( microprocesorul un ciclu complet de excutare a unei instruc(iuni. Viteza se m(soar( (n MIPS (milioane de instruc(iuni pe secund(). Un calculator performant are o vitez( de execu(ie de ordinul a 2-20 MIPS, iar un calculator cu performan(e reduse are viteza de ordinul a 0,1 MIPS. Viteza depinde de depinde de urm(torii factori:

frecven(a ceasului intern

dimensiunea regi(trilor interni (i a magistralei de date

tipul microprocesorului

dimensiunea memoriei cache.

A.Frecven(a ceasului intern

Func(ionarea microprocesorului este coordonat( de un ceas intern al calculatorului. Ceasul intern este ca un oscilator care trimite (n calculator pulsuri, la intervale egale de timp, bine determinate necesare pentru a comanda realizarea opera(iunilor programate (i sincronizarea tuturor func(iilor calculatorului. Frecven(a ceasului se m(soar( (n MHz. Valori des (nt(lnite sunt: 6, 12, 16, 25, 33, 40, 66, 100, 133, 166, 200 MHz. Cu c(t aceast( frecven(( este mai mare cu at(t microprocesorul este mai performant deoarece ea este direct propor(ional( cu viteza cu care microprocesorul execut( instruc(iunile, deci cu viteza de lucru a calculatorului.

Se consider( c( un calculator este lent dac( are frecven(a easului sub 16 MHz, vioi dac( are frecven(a (ntre 16-25 MHz, rapid (i foarte rapid la restul frecven(elor. Pentru a ne da seama ce (nseamn( competi(ia, amintim c( azi un Pentium la 200 Mhz este ceva obi(nuit, ele put(nd ajunge la 233, 266 Mhz.

B.Dimensiunea registrelor interne (i a magistralei de date

Cu c(t dimensiunea regi(trilor microprocesorului este mai mare, cu at(t cre(te viteza de lucru a acestuia, aceasta deoarece cre(te capacitatea de memorare (n interiorul microprocesorului ((n regi(trii s(i) (i deci num(rul de opera(ii de transfer cu memoria intern( (care necesit( timp) scade. De asemenea, dimensiunea magistralei de date influen(eaz( viteza de lucru a microprocesorului (ntruc(t debitul de date care circul( pe magistral( este direct propor(ional cu dimensiunea acesteia. O magistral( de date (ngust( poate g(tui un calculator, chiar dac( toate celellate componente sunt rapide. Dimensiunile tipice ale magistralelor sunt de 16, 32 (i 64 bi(i.

C.Tipul microprocesorului

Pentru utilizator, o importan(( deosebit( o are posibilitatea microprocesorului de a r(spunde unor prelucr(ri c(t mai diverse (i complexe. Acest deziderat este asigurat de microprocesorele care pot executa o gam( c(t mai larg( de instruc(iuni.

Odat( cu apari(ia microprocesoruluui 8086, firma produc(toare Intel a realizat (i o unitate specializat( (n opera(ii (n virgul( mobil( pentru a m(ri viteza de calcul a sistemului. Aceast( unitate a fost numit( coprocesor, primul pe pia(( fiind Intel 8087, destinat s( lucreze at(t cu microprocesorul 8086, c(t (i cu 8088. Pe m(sura apari(iei de noi microprocesoare s-au proiectat (i realizat (i coprocesoare pereche p(n( la lansarea microprocesorului Intel 486 DX care are (i un coprocesor (ncorporat (n acela(i cip.

La pornirea calculatorului BIOS-ul (Basic Input/Output System), o component( a nucleului sistemului de operare, testeaz( dac( este prezent coprocesorul (i, eventual, afi(eaz( rezultatul testului.

Avantajul folosirii coprocesorului const( (n faptul c( pe l(ng( rapiditatea de execu(ie a opera(iilor matematice permite ca (n timp ce microprocesorul continu( s( execute opera(ia (n curs (n lucru, coprocesorul execut( calculele necesare, rezultatele fiind apoi preluate de microprocesor. (n schimb, dac( microprocesorul (nt(lne(te o instruc(iune ce necesit( date preluate de la coprocesor, el trebuie s( a(tepte p(n( c(nd coprocesorul termin( de efectuat calculele.

Frecven(a de ceas a coprocesorului trebuie s( fie aceea(i cu cea a microprocesorului pe care-l deserve(te.

D.Dimensiunea memoriei cache

Toate microprocesoarele, (ncep(nd cu familia 486 dispun de o component( standard, incluz(nd un controler pentru memoria cache (memoria tampon rapid(). Memoria cache este o zon( de memorie foarte rapid( cu rol de a p(stra o parte din seturile de instruc(iuni (i de date cu care se lucreaz( (n mod curent. Acest( memorie poate lucra integral (n ritmul procesorului, ea fiind accesat( f(r( cicluri de a(teptare. Aceast( solu(ie face ca procesorul s( nu mai stea (n a(teptarea codurilor de instruc(iuni sau a datelor primite de la memoria principal(, mult mai lent(, duc(nd la (mbun(t((irea performan(elor. Cu c(t memoria cache este mai mare, cu at(t viteza microprocesorului cre(te.

Valorile tipice pentru capacitatea memoriei cache sunt: 64, 128, 256, 512 Ko. Astfel, de exemplu, Pentium Pro cu o frecven(( de 150 MHz are o memorie cache de 256 Ko, (n timp ce Pentium Pro de 166 sau 200 MHz au o memorie cache de 512 Ko.

Dimensiunea memoriei interne ce poate fi accesat( la un moment datValoarea maxim( a memoriei adresabile este important( (n primul r(nd pentru c( microprocesorul lucreaz( mult mai raoid cu memoria intern( dec(t cu cea extern(, iar (n al doilea r(nd pentru c( un program s( poat( fi executat trebuie s( se g(seasc( neap(rat (n memoria intern(.

Setul de instruc(iuni pe care un calculator le poate executa este (n general caracterizat direct de tipul microprocesorului. Cu c(t setul este mai bogat, cu at(t mai multe domenii de activitate pot fi abordate.

O instruc(iune sau o comand( transmis( de utilizator, prin program, con(ine o serie de informa(ii privind natura opera(iei sau func(iei ce trebuie executat(, operanzii care particip( la realizarea opera(iunilor aritmetice sau logice, locul unde se afl( operanzii sau unde se vor depune rezultatele prelucr(rii, componentele sistemului ce trebuie activate pentru executarea opera(iunilor.

Instruc(iunile din setul recunoscut de procesor pot fi grupate (n:

- instruc(iuni aritmetice;

- instruc(iuni de transfer a datelor - generale, de conversie, de intrare/ie(ire etc.

- instruc(iuni de prelucrare a (irurilor;

- instruc(iuni de manipulare a informa(iilor la nivel de bit;

- instruc(iuni de control a programelor, salt condi(ionat, salt necondi(ionat, itera(ii (i (ntreruperi;

- instruc(iuni logice (AND, OR, NOT, XOR, TEST), de deplasare (i rotire (st(nga, dreapta (i dublu sens).

Fiabilitatea (i costul de fabrica(ie

Func(ionarea corect(, pe o perioad( mai (ndelungat( a microprocesorului indic( o fiabilitate soprit( (i care raportat( la costul acestuia constituie criteriile de decizie (n alegerea unui anumit tip de microcalculator.

Microprocesoarele se pot clasifica din mai multe puncte de vedere:

Dup( l((imea magistralei de date: microprocesoare pe 8, 16, 32 sau 64 bi(i.

Dup( tipul de sarcini eficient realizabile:

procesoare de intrare/ie(ire pentru conversa(ii complexe (ntre microcalculator (i lumea ezterioar(: ex. Intel 8089;

coprocesoare aritmetice, specializate pentru func(ii aritmetice de utilitate general( (exponen(iale, trigonometrice etc.): ex. Intel 80387;

procesoare digitale de semnal, specializate pentru algoritmii specifici prelucr(rilor semnalelor: ex Texas Instruments TMS 320.

Dup( principiile de baz( ale arhitecturii care guverneaz( func(ionarea:

procesoare cu set complet de instruciuni (CISC - Complex Instruction Set of Computing), numite microprocesoare standard sau simplu microprocesoare

procesoare cu un set redus de instruciuni (RISC - Reduced Instruction Set Computing). Acest tip st la baza arhitecturii procesorului POWER PC. Acesta este viitorul calculatoarelor personale.

I.3.Memoria intern(

Memoria intern este o component( principal( principal( a sistemelor electronice de calcul, av(nd rolul de a p(stra datele (i programele (n form( binar( pe toat( durata de prelucrare a datelor particip(nd (mpreun( cu microprocesorul la efectuarea opera(iilor stabilite prin program. (n evoluia generaiilor de calculatoare, mediile fizice care au stat la baza realizrii memoriei principale au cunoscut o serie de modificri

Generaii de calculatoareMedii fizice pentru memorii

Generaia Itamburul magnetic rotativ

Generaia a II-aferite (materiale magnetice sintetizate)

Generaia a III-aferit

Generaia a IV-aMOS (Metal Oxide Semiconductor) i MOSFET( Metal Oxxide Semiconductor Field Effect Tranzistor)

Generaia a V-a MOSRAM (Metal Oxide Semiconductor Random Acces Memory

Tabelul nr. I.1.Modificarea mediilor fizice

Memoria intern( este caracterizat( de:

capacitate (num(r de octe(i);

timp de acces;

mod de organizare (i adresare.

Dimensiunea memoriei interne este (n str(ns( leg(tur( cu microprocesorul folosit. Ea se exprim( (n Ko sau Mo. Cu c(t se dispune de mai mult( memorie intern(, cu at(t performan(ele calculatorului cresc.

Timpul de acces reprezint( intervelul dintre momentul (n care s-a emis o cerere de acces pentru citire sau scriere (i momentul c(nd (ncepe efectiv opera(iunea respectiv(. Pentru transferuri rapide el trebuie s( fie compatibil cu timpii impu(i de microprocesor. Se exprim( (n mod obi(nuit (n microsecunde (ms) sau nanosecunde (ns).

Modul de organizare (i de adresare a memoriei

Din acest punct de vedere, memoria intern( este structurat( pe celule binare, loca(ii, zone, parti(ii, (n func(ie de particularit((ile tehnice ale acestora.

Bit-ul este unitatea de prezentare a informa(iei (n memorie (cu valoare 0 sau 1).

Celula binar( reprezint( circuitul electronic capabil s( memoreze informa(ii de un bit.

Octetul reprezint( o succesiune de 8 bi(i care pot fi adresa(i individual dup( adresa fiec(ruia (n parte.

Memoria intern( este organizat( (n p(r(i de dimensiuni egale, numite loca(ii de memorie. Acestea constituie zone de memorie av(nd asociate o adres( unic(, iar con(inutul poate fi scris sau citit (ntr-un singur ciclu de memorie.

Loca(iile de memorie sunt numerotate cresc(tor, pornind de la 0 p(n( la limita superioar( ce indic( ultima loca(ie adresat( (de exemplu, pentru memoria de baz( adresa are valori de la 0 la 64000, (tiind c( ea dispune de 640 Ko). Aceste etichete corespunz(toare loca(iilor de memorie se numes adrese de memorie. Adresa de memorie este deci un num(r natural reprezent(nd o informa(ie care faciliteaz( identificarea locului unde se afl( loca(ia de memorie pe care dorim s( o acces(m. (n mod obi(nuit, memoria ointern( este privit( ca o succesiune de loca(ii de memorie cu dimensiunea de 1 octet, con(inutul loca(iei fiind tratat ca o entitate de informa(ie.

O succesiune de mai multe loca(ii formeaz( o zon( de memorie. Loca(ia de memorie care desemneaz( o informa(ie de 1 octet nu trebuie confundat( cu no(iunea de cuv(nt de memorie care poate s( (nsemne o informa(ie de 2, 4 sau 8 octe(i.

Dimensiunea cuv(ntului de memorie este (n str(ns( leg(tur( cu elementele constructive ale calculatorului (i reprezint( unitatea elementar( pentru memorarea (i accesarea instruc(iunilor, operanzilor (i adreselor. Dimensiunea cuv(ntului de memorie poate fi de 2, 4 sau 8 octe(i.

Din punct de vedere al accesului (i al modului de func(ionare, memoria intern( este alc(tuit( din dou( componente:

1. ROM (Read Only Memory);2. RAM (Random Acces Memory).

I.3.1.Memoria ROM

Memoriile ROM (Read Only Memory) sunt circuite de memorie al c(rui con(inut este programat (i nu poate fi schimbat de utilizator. Ele sunt folosite doar pentru citirea informaiilor (nscrise anterior), informaii ce sunt rezidente permanent n cadrul sistemului. Pentru obinerea rezidenei permanente, memoria ROM trebuie s fie de tip nevolatil, adic la pierderea tensiunii informaia s nu fie distrus. (n mod uzual, (n modulele ROM sunt stocate comenzi de ini(ializare (i pornire a anumitor componente ale sistemului de operare, compilatoare, interpretere etc.

Memoriile ROM au evoluat (n timp, prin folosirea tehnicilor speciale de (tergere selectiv( (i reprogramare, astfel:

memorii programabile, PROM (Programmble Read Only Memory), pot fi programate o singur( dat( de utilizator, dup( (nscriere informa(ia nu mai poate fi (tears(. EPROM (Eraseable PROM) pot fi (terse (i reprogramate de c(tre utilizator, (ns( (tergerea nu poate fi selectiv(, opera(ia distrug(nd (ntregul con(inut al celulei de memorie. Acest dezavantaj este eliminat de memoriile EEPROM. EEPROM sau E2PROM (Electricaly Eraseable PROM) care pot fi at(t citite, c(t (i (terse (n mod selectiv (i reprogramate de c(tre sistemul care le utilizeaz(.I.3.2.Memoria RAM

Memoria RAM (Random Acces Memory) este de tip volatil deoarece la pierderea tensiunii informa(ia din celulele de memorie se distruge. Memoriile RAM sunt utilizate ca memorii de program (i date (i se pot clasifica astfel:

memorii RAM statice (SRAM)

memorii RAM dinamice (DRAM)

Memoriile SRAM sunt (i ele de dou( tipuri: memorii bipolare (i memorii MOS statice. Memoriile RAM bipolare realizate cu tranzistoare bipolare permit citirea/(nscrierea informa(iei (n memorie. (n general, aceste memorii sunt mai rapide dec(t memoriile MOS statice, dar consum( o putere mai mare. Sunt utile (n cazul (n care se dore(te o vitez( de lucru mare. Memoriile MOS statice realizate cu tranzistoare MOS sunt folosite (n cazul (n care se dore(te ob(inerea unei capacit((i mari de memorie.

La memoriile DRAM (Dynamic RAM), funcionarea se bazeaz pe nmagazinarea, ntr-un timp finit, a unei sarcini electrice pe un condensator. Celulele de memorie dinamic au ca suport fizic starea de funcionare a unui tranzistor MOS (Metal Oxide Semiconductor). Pentru obinerea unor module de memorie RAM din circuite DRAM este necesar folosirea unor interfee formate din circuite suplimentare de remprosptare i de adaptare. Pentru capaciti mici de memorie, interfarile au fost integrate pe un cip comun cu circuite de memorie, obinndu-se circuitele IRAM (Integrated RAM), iar pentru capaciti mari de memorie interfarile au fost integrate separat prin circuite specializate.

Static RAM (SRAM) este un tip de memorie mai rapid (de 3 pn la 10 ori) dect memoria dinamic Dynamic RAM care echipeaz PC-urile. SRAM este utilizat pentru memoria cache. Pentru determinarea vitezei necesare SRAM corespunztoare unui anumit PC, se va mpri numrul 1 la frecvena procesorului. Astfel, dac pentru un calculator cu 486DX2/66, este necesar o memorie SRAM cu un timp de acces de 1/66000000s, deci de 15 ns. Pentru un Pentium la 120MHz timpul de acces va fi de 1/120000000s, deci de 8 ns.

EDO RAM (Extended Data Output) este un nou tip de RAM a crui principal proprietate este aceea de a menine datele la dispoziia procesorului, chiar dup iniierea unui nou ciclu de acces la memorie. Aceast modalitate de acces suprapus permite s par mai rapid dect este de fapt. Creterea performanelor prin folosirea acestui tip de memorii este evaluat la 15%. Sunt construite similar cu DRAM-urile, lucreaz ns cu 20% mai rapid, pentru c preiau o parte din munca controlerului de memorie. Acest lucru este posibil pentru c noile cipuri de memorie au o zon pentru memorarea intermediar a datelor. (n prezent, aceast( memorie este concurat( de SDRAM. Furnizorii de componente se orienteaz( deja c(tre tehnologii mai noi al c(ror obiectiv este de a r(spunde nevoilor cresc(nde ale procesoarelor, cum sunt RDRAM (i MDRAM.

Memoria, precum (i microprocesorul sunt cip-uri ob(inute printr-o tehnologie special(, numit( CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors). Aceast( tehnologie se bazeaz( pe combinarea a dou( tipuri de semiconductori, PMOS (i NMOS. Ele consum( extrem de pu(in( energie (i constituie memorii RAM. (n felul acesta ele pot fi alimentate de la baterie. Este motivul pentru care parametrii de configurare ai PC-ului sunt p(stra(i (nn memoria CMOS.

Memorii RAM statice nevolatile (NVRAM)

Circuitele de memorie RAM nu pot p(stra informa(ia (nmagazinat( (n cazul dispari(iei tensiunii de alimentare. Acest dezavantaj poate fi (nl(turat prin cuplarea unei memorii RAM cu o memorie EEPROM, astfel (nc(t, (n cazul dispari(iei tensiunii de alimentare informa(ia din RAM s( fie transferat( (n EEPROM, asigurarea unei aliment(ri de la surse suplimetare (baterii) fiind necesar( doar (n timpul scurt (n care s-a efectuat transferul de date. La revenirea tensiunii de alimentare, o comand( determin( transferul invers al datelor din EEPROM (n memoria RAM.

Mai nou, Universitatea din Kln a dezvoltat o metod de stocare optic a datelor pe plci de cristal. Informaia este scris ntr-un strat de cristal. Sistemul este perfect stabil i poate fi scris de mai multe ori. Viteza de acces la Cristal RAM este cu cteva sute de ori mai mare dect la un harddisc obinuit. Se pot obine astfel capaciti de 300 bilioane de bii pe centimetru ptrat.

Cracteristicile memoriei RAM sunt:

1. timpul de acces al memoriei RAM trebuie s fie ct mai mic. Exemplu: la un 486, este de 70ns, la un Pentium se calculeaz nmulind numrul 10 cu ultima cifr scris pe unul din cipurile componente pe SIMM;

2. paritatea este un bit numit bitul de paritate. Acest bit de paritate este al IX-lea bit a crui singur funcie este cea de control a corectitudinii informaiei. Memoria cu paritate este mult mai sigur dect cea fr. Exemplu: setul de cipuri Triton al lui Intel, Triton i Triton I nu au capacitatea s lucreze cu paritate (cu 9 bii), ns Triton II are aceast caracteristic.

Memoria RAM se prezint sub forma unor SIMM-uri ( plcue alungite pe care sunt lipite cipuri) cu 30 sau 72 de pini. Ultimele SIMM-uri sunt folosite n sistemele produse n precedenii doi ani. Cele cu 30 de pini nu vor putea fi folosite ntr-un mediu Pentium. Abrevierea SIMM vine de la Single In-line Memory Module. SIMM-urile pe 72 de pini sunt mai performante i mai economicoase datorit capacitii de date ce poate fi stocat pe un singur asemenea SIMM, pn la 256 MB i a flexibilitii configuraiei n funcie de celelalte SIMM-uri aflate n calculator. Pe placa de baz trebuie s fie configurate 4 sloturi SIMM de 72 pini. Sloturile sunt conectori care fac legtura ntre plci i mainboard (placa de baz). Sunt prezente sub forma unor clame n care se nfing terminaiile metalice ale plcii. Rolul slotului este facilitarea transferului de date cu unitatea central. In cazul SIMM-urilor de 72 pini este nevoie de 64 pini pentru cei 64 bii ce pot fi accesai n acelai timp, iar 8 bii sunt biii de paritate ai celor 8 bytes.

I.4.Memoria cache

Memoria cache semnific memoria ascuns. Acest tip de memorie este prezent ncepnd cu calculatoarele din generaia a IV-a. Soclul pentru memoria cache exist pe plcile de baz ale generaiei 486 i urmtoarele.

Ideea de memorie cache s-a nscut mai demult. S-a observat de-a lungul timpului c se tot acceseaz aceeai poriune de memorie (RAM sau disc) de mai multe ori fiind astfel nevoie de un timp lung de ateptare pentru reobinerea ei (recitirea acesteia din memorie). Pentru a nu se mai pierde timp cu aceste citiri lente, s-a creat un anumit tip de memorie, unde informaia cea mai des utilizat s fie stocat pentru a putea fi procurat mult mai uor dect n cazul accesrii ulterioare. Proprietatea de baz a memoriei cache este timpul de acces foarte mic, incomparabil cu timpul necesar obinerii informaiei respective n alt mod. Aceast memorie cache este accesibil utilizatorului n mod direct, ea lucrnd practic transparent pentru utilizator, deci nu poate fi folosit i ca memorie RAM. De aceea a primit i numele de memorie cache, memorie ascuns. Memoria cache s-a extins, aprnd astfel i la harddisc-uri, la controler-e etc (pe baza aceluiai concept, de reobinere mult mai rapid a informaiei cea mai des folosit).

Pe placa de baz, memoria cache poate aprea n mai multe feluri:

cipuri ce sunt inserate n socluri speciale;

deja ncorporat pe placa de baz (des ntlnit pe plcile de Pentium);

forma unor mici card-uri (asemntoare unui SIMM - Single In-line Memory Module de memorie) ce sunt introduse n sloturi speciale PBC (Pipelined Burst Cache) ntlnite numai la plci de Pentium.

Memoria cache poate fi de dou niveluri:

1. nivelul 1 se afl chiar n interiorul microprocesorului (L1);

2. nivelul 2 se afl pe placa de baz (L2).

Controlerul de cache i memorie comand accesul la cache-ul second level de pe placa de baz. Memoria cache este compus din module SRAM foarte rapide, care memoreaz datele intermediar. (n cazul n care procesorul cere date, controlerul verific pentru nceput dac informaiile sunt depuse doar n memoria cache. Dac nu este cazul, procesorul trebuie s se adreseze memoriei DRAM sau harddisc-ului. Controlerul de memorie regleaz ntreaga comand a busului pentru transferul de date ntre procesor, memoria cache (SRAM)), memoria principal (DRAM) i busul PCI (de exemplu, pentru c el este de mai multe tipuri: ISA, VESA, MCA).

Memoria cache este o punte ntre memoria RAM sensibil mai lent dar mai ieftin i procesorul rapid.

Din punct de vedere al administr(rii (i utiliz(rii, memoria intern( este identificat( prin urm(toarele componente:

memoria de baz( (conven(ional();

memoria superioar( (Upper Memory Area - UMA);

memoria (nalt( (High Memory Area - HMA);

memoria extins(;

memoria expandat(.

Memoria de baz( este format( din primii 640 Ko din memoria RAM, fiind componenta de baz( a memoriei interne, f(r( de care nici un calculator nu poate func(iona. Ea reprezint( partea din memoria intern( unde se execut( majoritatea programelor-utilizator (i unde se (ncarc( sistemul de operare la pornirea calculatorului.

Memoria superioar( urmeaz( memoriei de baz( (i ocup( o zon( de 384 Ko (641la 1024). (n mod curent, programele-utilizator nu au acces la aceast( zon(. Ea este (mp(r(it( astfel:

primii 128 Ko formeaz( memoria RAM video, folosit( de c(tre adaptoarele video;

urm(torii 128 Ko sunt rezerva(i pentru programele soft (i programele BIOS (Basic Input Output System) de pe pl(cile adaptoare. BIOS-ul reprezint( o colec(ie de programe prin care se comunic( cu perifericele calculatorului.

ultimii 128 Ko sunt rezerva(i pentru componenta BIOS de pe placa de baz(. Tot aici se afl( autotestul efectuat pentru punerea sub tensiune (i (nc(rc(torul de sistem care dirijeaz( sistemul p(n( la preluarea controlului de c(tre sistemul de operare MS-DOS.

Memoria extins( este aeea parte a memoriei ce poate fi adresat( peste 1 Mo, fiind specific( procesoarelor (ncep(nd cu tipul I 80286 (i mai puternice. Memoria extins( este frecvent utilizat( de produsele soft moderne care solicit( volume mari de memorie.

Primii 64 Ko ai memoriei extinse se numesc memoria (nalt( (Upper Memory Block) (n care ruleaz( o parte din programele sistemului de operare MS-DOS dac( (n fi(ierul CONFIG.SYS a fost specificat( comanda DOS=HIGH.

Atunci c(nd se lucreaz( cu memoria extins(, microprocesorul este supus unor protocoale prin care se trece din modul de lucru real (n modul de lucru protejat. Aceste protocoale sunt puse la dispozi(ia utilizatorului fie independent, fie (nso(ind anumite programe care solicit( memoria extins(. Sistemul de operare MS-DOS pune la dispozi(ia utilizatorului managerul de memorie extins( HIMEM.SYS care instalat (n fi(ierul CONFIG.SYS asigur( lucrul cu memoria extins(.

Memoria expandat( este o memorie suplimentar( care apare datorit( utiliz(rii incomplete a memoriei superioare. S-a constatat c( (n BIOS exist( zone libere, programele nefiind alipite unul de cel(lalt. Aceste por(i au fost folosite pentru a instala pe calculator memoria expandat(. (n cazul acestei memorii pot fi stocate, (ntr-un volum limitat, programe (i date. Aceste date (i programe sunt constituite (n blocuri (bancuri) de memorie a c(ror num(r se memoreaz( (ntr-un registru al microprocesorului, ele fiind introduse pe r(nd (n zonele libere din memoria superioar(. M(rimea acestei memorii este limitat( de capacitatea registrelor

II.Sitemul de intrare-ie(ire (i dispozitivele periferice

Cum se transmit informa(iile (n interiorul calculatorului?

(n interiorul calculatorului informa(ia se transmite codificat, (n format binar. Deci, (n interiorul calculatorului informa(ia circul( sub forma unui (ir de bi(i. Singura component( hardware a calculatorului care face diferen(iere (ntre programe (i date este procesorul. Pentru celelalte componente, informa(ia este un (ir de bi(i f(r( nici o semnifica(ie informa(ional(/

(ntre cele trei mari componente hardware ale calculatorului, informa(ia circul( pe magistral( (bus). Magistrala se definete ca mulimea conductoarelor folosite n comun de mai multe uniti funcionale pentru realizarea unor sarcini pe care informa(ia circul( sub form( de impulsuri electrice cu dou( niveluri de tensiune c(rora le corespunde cele dou( cifre binare 0 (i 1.

Dup natura informa(iilor care circul(, magistralele pot fi de adrese, de date sau de semnale de control, dup cum semnalele respective reprezint adrese, date sau comenzi i informaii despre starea unitilor interconectate.

Liniile folosite pentru transferul datelor ntre microprocesor, memorie i dispozitivele de intrare/ieire formeaz magistrala de date. Aceast magistrala este bidirecional - pe ea intr date atunci cnd se efectuaz o citire din memorie sau de la dispozitivele de intrare/ieire i ies date la efectuarea unei scrieri.

Magistrala de adrese este unidirecional - adresele ies din microprocesor pentru a putea fi transmise ctre circuitele de memorie i ctre cele de I/E. Prin magistrala de adrese, microprocesorul coordoneaz funcionarea microcalculatorului.

Magistrala de comenzi este reuniunea unor semnale individuale de I/E din microprocesor, avnd fiecare un rol aparte. Aceste semnale se pot clasifica astfel:

1.Semnale de control - prin care microprocesorul coordoneaz funcionarea dispozitivelor de pe magistral (exemple: READ, WRITE);

2.Semnale de stare - prin care microprocesorul primete reacii de la dispozitivele situate pe magistral (ex: cerere de ntrerupere, cerere de suspendare a controlului magistralei).

Patru tipuri de activiti se pot desfura pe o magistral i anume:

1. Transferul datelor - se efectueaz ntre regitri UC i o locaie de memorie sau un registru de interfa. Pentru realizarea unui transfer, avem nevoie de adrese prin care se selecteaz locaia de memorie sau registrul de interfa, de o comend care va specifica tipul operaiei (scriere/citire memorie, scriere/citire dispozitiv periferic) i de datele din memorie sau de la dispozitivul selectat.

2. Operaia de suspendare a controlului magistralei - se folosete n cazul n care exist mai multe module care vor s ocupe magistrala. Cnd microprocesorul care ocup magistrala i termin operaia, el poate s-i suspende controlul, astfel nct acesta s fie preluat de un alt microprocesor care dorete sa acceseze magistrala. Operaia poate fi executat la cerere sau la momente de timp bine definite.

3. Sincronizarea microprocesorului cu dispozitivele lente - aceast operaie sesuprapune peste operaia de transfer a datelor, n situaia n care dispozitivul selectat prin comand este mai lent. n acest caz, la nivelul dispozitivului de comand se trece microprocesorul n ateptarea unui semnal specific ctre periferic.

4. Operaia de ntrerupere - se folosete n cazul n care se dorete oprirea fluxului de instruciuni n curs de execuie i nlocuirea lui cu alt flux. ntreruperea poate fi cauzat de schimbarea unui dispozitiv periferic sau de un eveniment extern/intern neateptat. La apariia unei cereri de ntrerupere, microprocesorul termin instruciunea curent, salveaz adresa de revenire, dup care trece la o secven de tratare a cererii de ntrerupere.

Dup( sensul de circula(ie a informa(iilor, magistralele sunt bidirec(ionale (i unidirec(ionale.

Magistralele se mai pot clasifica n magistrale dedicate, respectiv nededicate.

Magistrala dedicat este n permanen asignat unei singure funcii sau unui set de dispozitive fizice. Magistrala nededicat permite accesul mai multor funcii sau al mai multor dispozitive fizice.

Tehnicile de control al magistralei (tehnici de arbitrare) sunt folosite n cazul n care exist cereri simultane de acces la magistral. Pentru a transmite informaia corect pe magistral este necesar s se respecte urmtoarea regul - la un moment dat accesul pe magistral l poate avea doar un singur emitor, numrul receptoarelor fiind teoretic nelimitat. Prin activitatea de arbitraj se nregistreaz cererile de acces la magistral ale emitorului i eventual se acord magistrala solicitatorului. Arbitarea poate fi realizat centralizat, caz n care circuitele necesare efecturii controlului se afl comasate ntr-un singur modul, sau distribuit, caz n care fiecare modul cuplat pe magistral conine un circuit cu logica de arbitraj necesar. Pentru fiecare dintre aceste tipuri de tehnici exist trei metode de arbitrare: nlnuire serial, interogare, cereri independente.

n cazul n magistrala a fost ctigat de un dispozitiv, trebuie stabilit dialogul ntre surs i destinaie. Pe baza metodei de dialog se realizeaz transferul propriu-zis, care poate fi sincron (la cuante de timp fixe, generate de un generator de tact central) sau asincron.

S trecem acum n revist componentele periferiei calculatorului. Dup cum s-a vzut ea se mparte n:

( Dispozitive de memorare sau memoria extern

( Dispozitive de I/E.

II.1.Memoria extern

Memoria operativ sau intern este un dispozitiv de memorare de foarte mare vitez, care s-a ieftinit foarte mult. n paralel s-a extins foarte mult i volumul de date memorate i prelucrate. Astfel, nc de la nceputurile existenei calculatoarelor, specialitii au trebuit s recurg la dispozitive care s extind memoria intern. n acest scop, s-a recurs la diferite principii fizice cum ar fi:

( efectul magnetic al curentului electric variabil i invers;

( fotoelectricitatea etc.

Cele dou principii enumerate mai sus constituie baza sistemelor actuale, avnd astfel dispozitive de memorare magnetice i dispozitive de memorare optice.

A. Dispozitivele de memorare magnetice

Pentru memorarea unor volume mari de date, care s poat fi regsite rapid se folosesc dispozitive periferice (n care se utilizeaz( (n esen(( suporturi magnetice. Suporturile magnetice se mpart la rndul lor n dou categorii:

( suporturi adresabile magnetice (discuri i dischete);

( suporturi neadresabile magnetice (benzi magnetice).

1. Unitile de discuri magnetice

Sunt dispozitive fizice care permit gestionarea discurilor magnetice.

Discurile magnetice se clasific dup mai multe criterii:

1. dup capetele de citire/nregistrare;

2. dup modul de grupare;

3. dup materialul din care sunt fcute, etc.

1. Dup capete, sunt:

- discuri cu capete fixe, la care capetele sunt fixate;

- discuri cu capete mobile, la care capetele se mic solidar, cte unul pe fiecare fa.

2. Dup modul de grupare:

- discuri amovibile (care se pot grupa n pachete);

- discuri inamovibile, care sunt independente, deci nu se grupeaz n pachete.

3. Dup materialul din care este fcut discul, avem:

- discuri dure, la care platanele sunt fcute dintr-un material dur, de obicei dur-aluminiu;

- discuri flexibile, la care discul este fcut din material plastic.

Corespunztor tipurilor de suport, discurile magnetice se clasific n:

( uniti de disc flexibil (floppy discuri);

( uniti de disc hard (dur sau Winchester);

( uniti de disc amovibil (Bernoulli, SyQuest).

a.) Unitile de disc flexibil (floppy disc)- sunt folosite pentru a nregistra date pe dischete, care apoi vor putea fi citite pe acelai tip de unitate. A fost creat( (n 1967, (n laboratoarele IBM din San Jose (i atribuit( unui colectiv condus de Allan Shugart.

Unitatea de disc flexibil are n esen:

1. dou capete de citire/nregistrare, pentru a utiliza ambele fee ale dischetei;

2. un dispozitiv de acionare a capetelor;

3. un motor de antrenare a dischetei (360 rot/min);

4. logica de comand a prilor amintite mai sus mpreun cu logica de scriere i citire.

Interfaarea cu magistrala PC-ului se face prin intermediul plcii de I/E.

Dischetele sunt folosite pentru pstrarea programelor i a fiierelor de date de mici dimensiuni, pentru arhivri, precum i pentru transferul de diferite date i programe ntre calculatoare. Ele nu necesit condiii speciale de pstrare, dar este indicat s fie pstrate n locuri ferite de aciunea unor cmpuri magnetice puternice sau n apropierea unor surse de cldur deosebite. De asemenea, este indicat ca din cnd n cnd informaiile s fie rescrise pe dischete, pentru a nu se pierde.

Principalele tipuri de dischete sunt cele de 5 1/4" i 3 1/2". Exist i dischete mai vechi de 8", precum i mai noi de 2". Principalele carecteristici sunt:

- ele sunt discuri din polyester acoperit cu un strat magnetic;

- discul propriu-zis se afl ntr-un nveli protector, fiind manevrat mpreun cu acesta;

- discheta de 5 1/4" este antrenat printr-un orificiu aflat n mijlocul dischetei, iar cea de 3 1/2" printr-un dispozitiv metalic;

- capetele de citire/nregistrare se aeaz pe suprafaa dischetei n orificiul de contact;

- protecia la scrierea pe dischet se realizeaz n primul caz printr-un scotch care se lipete peste orificiul dreptunghiular din marginea jos a dischetei, n timp ce la cel de-al doilea, printr-un comutator;

- n ce privete capacitatea dischetelor, aceasta depinde de:

( numrul de fee;

( densitate.

Astfel, dup numrul de fee avem:

(dischete cu o fa (single side);

(cu dou fee (double side).

Prima categorie practic a disprut.

Dup densitate avem:

(simpl( densitate (Simple Density - SD);

(dubl densitate (Double Density 2D sau DD);

((nalt( densitate (High Density - HD);

(densitate cvadrupl( (Quad Density -QD);

(densitate extra (nalt( (Extra High Density - ED).

Capacitatea dischetelor este:

( dischetele DD de 5 1/4" au capacitatea de 360Ko, iar cele de 3,5 720 Ko.

( dischetele HD de 5 1/4" au capacitatea de 1.2 Mo, respectiv cele de 3 1/2 au 1.44 Mo.

Exist( (i dischete cu capacitatea de 2.88 Mo.

O dischet poate fi utilizat numai dac( a fost formatat n prealabil.

Datele sunt (nregistrate sub forma unor octe(i memora(i ca (iruri de cifre binare (zone magnetizate (i nemagnetizate). Aceste (iruri sunt a(ezate circular, de-a lungul pistelor. Pistele pe discurile magnetice sunt circulare (i concentrice, corespunz(nd unei pozi(ii a capului de citire-(nregistrare. O por(iune dintr-o pist( se nume(te sector. Sectorul este cea mai mic( entitate modificabil( prin rescriere. Fiecare sector are o adres( unic( format( din pozi(ia pistei (i num(rul sectorului. Num(rul de caractere pe sector depinde de tipul discului, dar (n general este o putere a lui 2, adic( 256, 512, 1024, 2048, 4096. O dischet( de 3,5 inch cu dou( fe(e, de exemplu, (1.44 Mo) are 80 piste/fa((, 18 sectoare/ pist(, 512 caractere/sector, total sectoare 2440. Discurile dure au un num(r variabil de fe(e (i piste, (n func(ie de performan(ele discului. Dimensiunea sectoarelor este fix( de 512 caractere.

Un alt concept vehiculat mult este cel de cilindru, respectiv cilindru virtual. Prin cilindru virtual se (n(elege ansablul pistelor pe un echipament cu mai multe discuri care pot fi accesate f(r( a mi(ca capul de citire-(nregistrare. Altfel spus, cilindrul este ansamblul pistelor care corespund unei pozi(ii a capetelor de citire-(nregistrare de pe toate pistele. Un floppy disc cu dou( fe(e are un num(r de cilindri egal cu jum(tate din num(rul pistelor.

b.) Unitile de discuri Winchester

Unitatea de hard disc este un dispozitiv de memorie extern nchis ermetic, care poate pstra o cantitate foarte mare de informaii din sistem.

Aceste uniti au fost introduse de IBM n 1974 i au primit denumirea de discuri Winchester din motive de reclam, deoarece prima unitate era format din dou discuri (era o unitate dual) cu cte 30 Mo. Cum vestita arm de vntoare automat avea dou evi cu cte 30 de focuri, s-a gsit aceast denumire comercial.

Funcionarea fizic: Unitatea de hard disc are mai multe discuri care se rotesc cu viteze de la 3600 rot/min n sus, montate unele peste altele i capete care se mic deasupra discurilor nregistrnd informaiile pe piste i sectoare.

Spre deosebire de floppy discuri, la care capetele de citire/nregistrare se aeaz pe disc, la hard disc-uri acestea nu ating suprafeele discurilor n timpul funcionrii normale, plutind pe o pern de aer, numit i lagr de aer.

Marele avantaj al unitilor de discuri Winchester fa de alte tipuri este c, pe lng faptul c unitatea fiind perfect ermetic asigur o mai bun protecie la praf, umezeal etc., s-a putut mri considerabil viteza de rotaie i s-au putut apropia mult mai mult capetele de suprafeele discurilor. Principalul dezavantaj al unitilor Winchester l-a reprezentat faptul c tehnologia fabricrii este mult mai complicat. Avnd n vedere faptul c tehnologia fabricrii a fost protejat mult timp, fostele state socialiste nu au putut intra nainte de '89 n posesia acestei tehnologii, deci, acesta a fost unul dintre marile avantaje strategice ale IBM.

Pentru a putea fi filosit, un disc dur trebuie s( fie formatat, adic definit structura iniial( a discului. Formatarea presupune trei etape:

( formatarea la nivel sau formatarea fizic;

(partiionarea;

(formatarea la nivel superior sau formatarea logic.

(n timpul format(rii logice pistele discului sunt (mp(r(ite (n sectoare, num(rul acestora depinz(nd de tipul unit((ii.

Transferul dintre periferic i memoria tampon se realizeaz pe uniti, numite blocuri fizice sau articole fizice, care n acest sistem de fiiere se mai numesc clustere. Un cluster este format din unul sau mai multe blocuri. Dimensiunea clusterelor se stabilete la formatare, dar trebuie s fie o putere a lui 2.

Partiionarea segmenteaz discul n mai multe regiuni, sau discuri logice numite partiii, care pot conine sistemele de fiiere ale unui acelai sistem de operare sau ale unor sisteme de operare diferite.

Astzi, sistemele de operare ale calculatoarelor personale utilizeaz trei sisteme comune de fiiere:

FAT (file Allocation Table - tabela de alocare a fiierelor), sistem folosit de sistemele de operare DOS, OS/2 sau Windows NT, acceptnd nume de fiiere care au cel mult 11 caractere (opt plus o extensie de trei caractere) i un volum de maximum 2 Go.

HPFS (High Performance Files System - sistem de fiiere de nalt performan), sistem de fiiere de tip UNIX, accesibil sub OS/2 i Windows NT numele fiierele putnd avea 216 caractere, mrimea volumului fiind limitat la 8 Go.

NTFS (NT Files System - sistem de fiiere pentru Windows NT), sistem de fi(iere de tip UNIX, accesibil sub Windows 95 i OS/2, numele fisierelor putnd avea pn de 256 de caractere, mrimea volumului fiind limitat la 8 Go.

Primul sistem de fiiere este cel mai des utilizat.

n acest caz partiia este mprit n mai multe zone:

1. zona sectorului de Boot;

2. zona de FAT;

3. zona director;

4. zona de date propriu-zise.

1. Zona de boot, este format din primul sector (sectorul 0) al oricrei partiii MS-DOS care este rezervat pentru programul ncrctor. El conine unii parametri necesari la ncrcarea sistemului:

- dimensiunea sectoarelor,

- numr de sectoare pe disc,

- numr de sectoare pe pist,

- dimensiunea clusterelor (n octei),

- numr de zone de FAT,

- numr de sectoare ntr-o zona FAT,

- numrul de intrri n directorul rdcin,

- numr de capete de citire/nregistrare,

- numr de sectoare ascunse,

- sectoarele rezervate,

- codul de identificare a suportului (OEM).

n cazul formatrii sub MS-DOS, indiferent dac discul este sistem sau utilizator, acest sector este completat . Un disc care nu are acest sector completat este considerat un disc non MS-DOS.

2. Zona FAT, este format dintr-un numr de sectoare ce conin harta alocrii n fiiere a spaiului de pe disc, fiind indicate clusterele alocate, cele libere precum i cele defecte.

3. Zona director conine informaii importante despre fiecare fiier de pe disc din directorul rdcin i despre sub-directoarele de pe nivelul ierarhic imediat inferior. Fiecare intrare ntr-un director are 32 de octei i anume:

- numele fiierului (8 octei),

- extensia (3 octei),

- atribute (1 octet),

- 10 octei rezervai,

- timpul crerii sau al ultimei actualizri (2 o),

- data crerii sau actualizrii (2 o),

- clusterul de nceput al fi(ierului (2 o),

- dimensiunea fiierului (4 o).

4. Zona de date, dupa cum (i spune (i numele este zona alocat pentru date pe disc.

Unitile de disc se leag la magistrala calculatorului prin intermediul unei interfee sau a unor controlere.

Parametrii principali ai unei uniti de hard disc sunt: capacitatea de memorare, timpul mediu de acces i rata de transfer.

Timpul mediu de acces, exprimat de obicei n milisecunde, este timpul mediu necesar pentru ca ansamblul de capete s se miste ntre doi cilindri oarecare. n general se condider c un disc cu rata de acces de sub 30 de milisecunde este rapid.

Rata de transfer reprezint viteza cu care unitatea i controlerul pot s trimit datele ctre sistem.

n ceea ce priveste capacitatea de memorare, unii indicatori sunt predefinii, cum ar fi: numrul de cilindri i numrul de capete. Tipurile de discuri, precum (i unitile de discuri flexibile sunt definite de memoria de configurare CMOS.

c.) Unitile de discuri amovibile

Tot mai multe companii (i-au (ntors privirile spre produsele de stocare amovibile pentru a-(i acoperi propriile necesit((i de stocare, securitate a datelor (i transport. Aceste uniti sunt mai puin utilizate la ora actual dect unitile de discuri Winchester. Ele au capaciti cuprinse ntre 35 Mo i 270 Mo i ofer posibilitatea de a stoca date sau programe mai puin utilizate, pentru a le putea transporta de la un calculator la altul (ca i n cazul unitilor de disc flexibil).

Cele mai folosite uniti amovibile sunt unitile de tip Bernoulli, care au un suport asemntor cu o dischet de 3,5". Unele discuri Bernoulli sunt discuri dure. (n unitate, discul este rotit cu viteza de 3600 rot/min, formndu-se o pern de aer pe care plutesc capetele deasupra suportului. n general unitile de discuri Bernoulli sunt uniti externe, adic nu fac parte din cutia unitii centrale.

Compania Iomega, fondat( (n anul 1980, prin introducerea pe pia(( a dispozitivelor Bernoulli, produce (i comercializeaz( dispozitive de stocare amovibile, oferind solu(ii performante utilizatorilor de calculatoare. (n anul 1995, Iomega a ie(it pe pia(( cu dou( solu(ii de stocare noi: dispozitivele Zip (i Jaz. De asemenea, Iomega ofer( o a treia categorie de dispozitive de stocare (i anume stramerele Ditto.

Bernoulli: construit at(t (n variant( fix(, c(t (i portabil(, cu o capacitate de 230 MB, are o rat( de transfer de 1,92 MB/s. Poate citi discuri Bernoulli (5 1/4 inch) de 150, 105, 90, 65 (i 35 MB cu un timp de acces efectiv de 18 ms, egal(nd performan(ele hard discurilor.

Zip: cu o capacitate de stocare a discurilor de 100 MB, aceste dispozitive reprezint( o solu(ie practic( pentru stocarea u(oar( (i rapid( a datelor, constituind o alternativ( la clasicile unit((i floppy de 1.44 MB. Fiind portabile, ele ofer( posibilitatea transport(rii cu u(urin(( a fi(ierelor (ntre sisteme, av(nd un suport software adecvat, u(or de utilizat (i care permite stocarea, partajarea, organizarea (i gestiunea tuturor fi(ierelor. Alimentarea dispozitivului este extern(, func(ion(nd la o tensiune de 5V.

Jaz: Timp de acces de 10-12 ms, capacitate de stocare de 1GB, rata medie de transfer de 5.4 MB/s, greutate (i dimensiuni reduse, ele fiind portabile. Toate acestea le situeaz( pe o pozi(ie superioar( (n gama produselor hard-disc.

SyQuest a (nceput s( fabrice dispozitive de stocare amovibile (nc( din anul 1982. An de an, compania (i-a rafinat propriile tehnologii, produc(nd acum dispozitive amovibile care demonstreaz( un (nalt nivel de calitate (i performan((, comparabil cu cel al dispozitivelor de disc dure. SyQuest ofer( unit((i de disc Winchester amovibile de 3.5 inch (i 5.25 inch, av(nd o capacitate de 230 MB, unit((i de disc Winchester amovibile SCSI II de 200 MB compatibile cu cartu(e de 200, 88 (i 44 MB, precum (i unit((i SyJet de (nalt( performan(( de 1.5 GB, 3.5 inch.

2. Uniti de band i caset magnetic

Benzile i casetele magnetice sunt suporturi neadresabile i reprezint cele mai ieftine mijloace de memorare i de mare capacitate (de ordinul Go), utilizate pentru arhivare, adic pentru pstrarea unor copii de siguran n cazul unor fiiere mari sau utilizate cu o frecven sczut.

Unitile clasice de band magnetic au dou role, banda derulndu-se de pe o rol pe cealalt. Pentru scrierea informaiilor pe band, respectiv citirea lor de pe band, se utilizeaz capete de nregistrare, respectiv de citire. n general sunt utilizate pentru minicalculatoare i pentru sistemele medii-mari.

De obicei, benzile magnetice la PC-uri sunt introduse n casete sau cartue i au capaciti de memorare ce pot ajunge pn la ordinut sutelor de Moctei. Unitatea de band magnetic, (n acest caz, se numete streamer. Streamer-ul a fost introdus de IBM n 1978. Ele se utilizeaz n general pentru arhivarea sau salvarea fiierelor de pe discul Winchester. Calitatea streamer-elor, precum i a soft-ului care le nsoete, depinde foarte mult de pre i poate influena foarte mult performanele calculatorului.

Indiferent de tipul unit((ii, (n cazul benzilor magnetice (nregistrarea datelor se face secven(ial (i av(nd (n vedere c( suportul nu este adresabil accesul la o (nregistrare necesit( citirea (c(utarea ei) de la (nceputul benzii. Deci, unitatea de band magnetic, indiferent de tipul ei, este un dispozitiv lent, dar ieftin.

Banda magnetic este utilizat adesea pentru arhivarea datelor, fiind disponibil i sub forma bibliotecilor de benzi. Acestea permit automatizarea procesului de salvare/arhivare prin care se diminueaz considerabil timpul afectat acestei activiti.

Tehnologiile benzilor magnetice pot fi categorisite astfel: biblioteci DLT, bibliotecile de 4 mm i 8 mm.

Biblioteca DLT reprezint una din cele mai noi tehnologii n industria de salvare/arhivare i ofer urmtoarele avantaje:

ofer cea mai mare capacitate de memorare/cartu, respectiv 40 Gb/cartu;

utilizeaz tehnica de memorare n serpentin, n contrast cu tehnologia de scanare elicoidal cu capete rotative, ce permite citirea i scrierea simultan a datelor pe mai multe canale i cu viteze mai mari;

timpul de via de 30 de ani egaleaz stocarea de tip opto-magnetic ceea ce le face ideale pentru arhivarea datelor.

Bibliotecile de 4 mm reprezint o tehnologie mai veche, cu scanare elicoidal, n care banda este poziionat oblic, dar care ofer numeroase avantaje:

noile biblioteci se bazeaz pe formatul DDS-2 pentru cartuele de band ce ofer o densitate dubl fa de precedentul format DDS. Noul format asigur stocarea a 8 GB de date pe o band de 120 m lungime.

ofer un cost foarte sczut/megaoctet.

n domeniu benzilor, firma Sony a lansat o unitate bazat( pe tehnologia DDS-3 ce permite stocarea a 12 Gb de date pe o caset, n mod nativ, 24 Gb cu compresie hard i o rat de transfer de 2.2 Mb/s.

Stocarea datelor pe banda magnetic este una dintre primele metode folosite n lumea calculatoarelor. Dei ea pare oarecum perimat, tehnologiile ce folosesc band magnetic se dezvolt( continuu, datorit avantajelor oferite de ctre aceasta:

cel mai ieftin (cost/MB) suport cu citire-scriere;

dimensiuni mici; capaciti de memorare mari; metodologia i software-ul de backup pe casete magnetice sunt evoluate i robuste; gradul de standardizare a formatelor este ridicat.

Copia de siguran a datelor (backup) este o component strategic a unui sistem informatic, asigurndu-i capacitatea de reintrare n funcionare n timp util, n urma apariiei unor incidente sau catastrofe. Avantajele prezentate mai sus determin utilizarea casetelor magnetice s fie n majoritatea cazurilor, soluia optim de backup.

(n momentul de fa sunt mai multe tehnologii de stocare a datelor pe casete magnetice:

1. Data Cartridge (DC);

2. Digital Data Storage (Derivat din DAT);

3. TRAVAN.

Ambele tehnologii deriv din caseta audio obinuit(, tehnologia Data Cartridge orientndu-se spre mbuntirea performanelor casetei i pstrnd micarea liniar a benzii n raport cu capul magnetic; pe cnd tehnologia DDS folosete micarea elicoidal a benzii fa de capete n dou( variante ale casetei (nemodificat n mod esenial din punct de vedere constructiv): limea benzii de 4mm ( dimensiunea casetei ca la audio) i limea benzii 8mm (dimensiunea casetei ca la video VHS).

Nr. Crt.Formatul caseteiCapaciti de stocare

DDS

1de 90 m lungime2 GB

2de 120 m lungime4 Gb

3de lime 8mm5 GB

TRAVAN

4casete de 3,5

DC

5casete de 5,2513 GB

Tabelul nr.1I.1.1. Tehnologii de stocare a datelor pe casete magnetice

Tehnologia TRAVAN a fost adoptat deja de ctre firme de prestigiu din domeniu precum: Hewlett-Packard, Sony, Iomega s.a. Astfel, situaia pieei stramerelor (unitile de stocare pe casete magnetice) este urmtoarea:

B. Dispozitive de memorare bazate pe principii fotoelectrice

1. Uniti de disc de tip CD-ROM

Discul CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) este un suport pe care sunt nmagazinate datele prin mijloace optice, care poate fi citit i care ofer o capacitate mai mare dect discurile magnetice (de exemplu 680 Mo, adic aproximativ 500000 de pagini de text sau de 70 de minute de muzic hi-fi sau combinaii ale celor dou.

Discul propriu-zis, folosit n calculatoare, dei n aparen identic cu compact discul audio, este mult mai precis, coninnd n general date de provenien i de natur diferit (de la date clasice la cele audio), fiind azi utilizat n prelucrri multi-media i n aplicaiile care necesit un volum nsemnat de date. El este format dintr-un suport din policarbonat, cu diametrul de aproximativ 5", suportul fiind acoperit cu o pelicul metalic (de obicei oxid de aluminiu).

nregistrarea informaiilor se realizeaz cu o raz laser de joas putere, care "arde" suprafaa discului n poriuni microscopice (analog principiului magnetizrii). Citirea informaiei de pe disc este o problem de reflectare a unei raze laser de joas putere de ctre stratul de aluminiu care la nregistrare a fost sau nu a fost ars. Un receptor deosebete zonele caracterizate printr-o reflectare puternic a luminii de cele n care lumina este reflectat slab sau deloc.

Diferena dintre modul de nregistrare pe discul magnetic i cel de pe CD-ROM este c, n timp ce la primele, datele se nregistreaz pe piste concentrice, la CD-ROM, sectoarele se nregistreaz continuu (n form de spiral).

(ntruct majoritatea aplicaiilor multimedia care sunt comercializate sunt livrate pe discuri CD-ROM, unitile de CD-ROM au devenit o component a calculatorului multimedia. Elementele din multimedia, cum ar fi filmele video i sunetul, necesit spaiu mult de stocare. Deoarece discurile CD-ROM l au din belug, ele au devenit cea mai cunoscut metod de stocare de date pentru aplicaiile multimedia.

Odat cu creterea numrului de calculatoare ce au la baz microprocesorul Pentium, din ce n ce mai multe calculatoare sunt livrate cu uniti CD-ROM ca echipamente standard. De cele mai multe ori, unitile CD-ROM nlocuiesc vechile uniti de dischete de 5,25" i 3,5.

Discul CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) reprezint un mediu de stocare asemntor dischetelor, dar cu o capacitate de stocare mult mai mare. Avantajele utilizrii CD-ROM sunt numeroase: capacitatea mare de stocare (pn la 680 MB, adic echivalentul a 470 dischete HD de 3,5"), stabilitatea datelor (CD-ROM nu poate fi modificat, garantndu-se astfel stabilitatea datelor pe disc). Dezavantajul lor const n imposibilitatea scrierii ulterioare pe disc i n viteza redus de transfer: CD-ROM este de 20 de ori mai lent dect hard-discul, ceea ce explic de ce muli utilizatori nu au renunat la suportul magnetic pentru date. Aceasta se datoreaz faptului c la CD-ROM capul de citire este mai greu dect capul magnetic. Este adevrat c viteza unitilor CD-ROM a fost mrit permanent. Standardul MPC-1 prescria o vitez de transfer de 150 KB pe secund, dar astzi exist i uniti care transfer informaiile cu 1500 KB pe secund.

CD-ROM utilizeaz standardul Compact Disk, astfel c utilizeaz aceleai echipamente pentru redare i imprimare. De aici avantajul costului redus, tehnologia fiind deja dezvoltat. Iniial lipsa unei standardizri fcea ca un disc s nu poat fi citit pe orice unitate. Actualmente, exist un standard ISO adoptat, nc din 1987, denumit i High Sierra, dup numele grupului american care l-a propus.

Cele dou caracteristici de baz care definesc o unitate CD-ROM sunt timpul de acces i viteza transferului de date. Timpul de acces (access time) reprezint numrul de milisecunde de care are nevoie unitatea pentru a gsi o cantitate de informaie. Cu ct numrul este mai mic, cu att unitatea este mai rapid. Viteza transferului de date (data transfer rate) este viteza cu care o unitate CD-ROM poate prelua date de pe disc i le transmite calculatorului. Cu ct numrul este mai mare, cu att unitatea este mai bun. O unitate cu viteza normal are o vitez a transferului de date de 150 K pe secund, una cu dubl vitez are 300 Kb/s, una cu tripl vitez 450 Kb/s, una cvadrupl 600 Kb/s, iar cele 6X, vitez sextupl, de 900 Kb/s. (n ultimul timp s-au realizat unit((i 24X.

O alt particularitate a unitilor CD-ROM, pe care trebuie s o cunoatem, este memoria tampon de date. O memorie tampon adecvat este important pentru men(inerea unui flux constant de circulaie a datelor, dinspre unitatea CD-ROM, spre calculator. Aceasta previne pierderea de date i "gtuirile" din timpul n care calculatorul ncearc s in pasul cu fluxul de date. Dimensiunea minim acceptabil a memoriei tampon este de 64 Ko, putnd ajunge pn la 256 Ko sau chiar mai mult. Cu ct aceasta este mai mare, cu att unitatea CD-ROM va lucra mai repede i mai eficient.

Unitile CD-ROM nu lucreaz la fel de rapid ca unitile de disc, dar exist metode pentru a le accelera, cum ar fi utilizarea unei interfee CD-ROM mai rapide sau a unui program utilitar pentru disk cache care stocheaz datele de pe disc utilizate recent n memoria RAM a calculatorului.

Una din cele mai frecvente utilizri a CD-ROM este distribuirea de documentaii, manuale sau alte texte de dimensiuni foarte mari. Forma obinuit de prezentare este cea de hypertext. Aceasta nseamn posibilitatea de deplasare rapid, n cadrul textului, de la o problem, la altele, cu care se afl n legtur. (n felul acesta se uureaz regsirea informaiilor necesare. (n programele multimedia, hypertextul este un cuvnt subliniat sau scris cu alt culoare. Dac se excut un clic sau un dublu clic pe cuvntul respectiv, programul ofer informaii suplimentare n legtur cu acesta. Exist mai multe metode de a realiza conversia unui text obinuit n hypertext, utiliznd programe adecvate. Cele mai multe dintre ele se bazeaz pe SGML (Standardized General Markup Language) care permite marcarea unor zone de text pentru a indica salturile posibile.

(n mod evident acest tip de disc poate fi utilizat numai n domenii n care este necesar s se transporte cantiti mari de date ce nu sunt supuse modificrilor. Printre aceste domenii se numr bibliotecile (pentru cataloage i referine), finanele (pentru baze de date), industriile constructoare de maini (pentru manuale de service), informatica (pentru distribuirea softului i a documentaiilor) precum i piaa bunurilor de larg consum (pentru jocuri video sau computer).

Standarde comerciale pentru compact discuri

Spre deosebire de CD-Player-ul audio care red fr probleme orice CD audio, unitii CD-ROM nu i este indiferent ce disc citete, cu toate c n exterior toate discurile arat la fel, cu excepia Photo-CD-ului, uor de recunoscut dup culoarea sa aurie. Dac driver-ul nu este compatibil cu standardul unui compact disc, atunci el va fi imposibil de citit.

Red Book - CD-ul audio ca iniiator de standarde

CD-ul audio a aprut ca rezultat al cooperrii ntre Sony i Philips, fiind specificat n 1982 n Cartea Roie (Red Book). Datele imprimate, pe acest tip de disc, sunt digitale, i nu analogice ca n cazul discurilor de vinil sau a discurilor laser analogice.

(n Cartea Roie se specific formatul datelor existente, tipul procesului de citire, ct i viteza cu care este citit discul. Transmisia de date a fost standardizat la 150 KB/sec, aceast valoare fiind folosit i astzi.

Yellow Book

Cartea Galben cuprinde datele tehnice pentru CD-ROM. Pentru o mai mare siguran a datelor, s-a introdus pe lng metoda de corecie a erorilor, folosit n tehnica audio CIRC (Cross Interleaved Reed -Solomon Code), un nou nivel de corectur, denumit LEC (Layered Error Correction). Astfel, posibilitatea de apariie a unei erori se reducea la raportul de unu la un milion. Cartea Galben are ca standard de vitez de transfer a datelor tot 150 KB/sec, o valoare care s-a dovedit n scurt timp insuficient, citirea discurilor f(cndu-se foarte ncet. Ca urmare, au fost lansate pe pia drivere cu vitez dubl, tripl, cvadrupl sau sexdrupl. Pentru pstrarea compatibilitii cu Cartea Roie, productorii au trebuit s adapteze cititoarele pentru recunoaterea CD-urilor audio i reducerea ratei de transfer, la valoarea standard.

CD-ROM/XAStandardul CD-ROM/XA (EXtended Architecture) este o dezvoltare a standardului Yellow Book i a fost elaborat de Sony, Philips i Microsoft. El a aprut ca o necesitate impus de noile tehnologii multimedia care au nevoie concomitent de date program i date audio-video. Aceast tehnic folosete metode speciale de scriere ce permit o sincronizare aproape perfect a imaginii cu sunetul. La secvene AVI (Audio-Video Interleaved) se combin, nainte de memorare, informaiile de imagine i sunet, reuind astfel sincronizarea celor dou componente. n plus, standardul n cauz, sprijin formatul de comprimare audio ADPCM care extinde capacitatea unui CD la mai multe ore de informaie muzical.

Green Book reunete standardele prevzute de constructori care asigur rularea CD-ROM-urilor pe dispozitive CD-I.

CD-I (CD-Interactive) se refer la utilizarea datelor multimedia ntr-un proces interactiv. CD-I este unul din cele mai puternice sisteme multimedia, prin posibilitile efecturii unei multitudini de operaii interactive, cum ar fi crearea, prin opiuni, a unui propriu scenariu de film. Sunt eliminate problemele de sincronizare prin intercalarea semnaleleor audio i video pe o singur pist. CD-I face apel la tehnici foarte sofisticate de comprimare a imaginilor pentru a putea stoca imagini animate, foarte consumatoare de spaiu. Algoritmul de comprimare este denumit Full Motion Video (FMV). Acest algoritm permite CD-I s afieze pn la 72 minute de imagini animate pe ntreg ecranul.

Orange Book definete standardele care regleaz realizarea de discuri magnetice ce pot fi terse sau renregistrate.

ISO 9660 este standardul de dezvoltare folosit n organizarea directoarelor i a fiierelor, astfel nct s poat fi accesibile pe mai multe tipuri de calculatoare (PC i Macintosh).

MPC i MPC2 sunt marcaje pe discurile CD-ROM ce reprezint un certificat de garanie eliberat de Multimedia PC Marketing Council.

Ca urmare a dezvoltrii tehnologice continue, capacitatea de 650 Mo a unui CD-ROM nu mai este suficient, principalul motiv fiind faptul c animaiile tridimensionale i secvenele video consum mult spaiu pe disc. De unde, crearea unui nou format, DVD (Digital Versatile Disk- discul video digital), bazat pe tehnologia video digital(.

Un DVD arat( ca un CD: este un platan argintiu, av(nd un diametru de 4.75 inch (120 mm) (i o gaur( (n centru. Ca (i (n cazul CD-ului, datele sunt (nregistrate pe o traiectorie spiralat( format( din mici cavit((i, discurile fiind apoi citite cu ajutorul unei raze laser. (nalta capacitate a DVD-urilor s-a ob(inut prin crearea unor cavit((i mai mici, (ndesarea spiralei, precum (i prin (nregistrarea datelor pe patru straturi, c(te dou( pe fiecare fa(( a discului. Exist( at(t discuri cu 2 straturi, c(t (i cu petru straturi (cele cu dou( fe(e) care ofer( o capacitate de 17 GB (fiecare strat are 4.7 Go). (ntr-un singur strat DVD (ncape un film de 135 minute.

Cititoarele DVD pentru microcalculatoare se multiplic. Dup Toshiba, este rndul lui Hitachi s propun un model (GD 1000 cu un timp de acces de 190 ms i o rat de transfer de aproximativ 1400 Ko/s). Se ateapt modelele firmelor Panasonic i Matsushita. Din pcate, primele aparate prezentate nu sunt dect cititoare i nu nregistratoare. Se poate pune deci ntrebarea: De ce interesul pentru aceste produse? Rmne s le utilizm ca simple cititoare de CD-ROM de nalt capacitate? Pn n prezent, nici un editor nu a propus un program de aplicaii n acest format. Fr a socoti c specificaiile tehnice ale utilizrii sale n informatic sunt departe de a fi clare: Ce format de nregistrare trebuie utilizat? Care este compatibilitatea cu sistemele de operare i cu programele de aplicaii existente? S adugm c preul acestor aparate nu pledeaz n favoarea lor. Hitachi anun, de exemplu, c preul cititorului su va fi de aproape 3 ori mai mare dect al unui cititor CD-ROM 8x. Numeroi sunt cei ce se ntreab de ce promotorii DVD-ului informatic au ales s nceap cu livrarea doar a cititoarelor, n condiiile n care un cititor-nregistrator ar fi prezentat mai mult interes.

2. Uniti WORM

Discurile WORM (Write Only Read Many) seamn cu discurile CD-ROM, cu deosebirea c aici nregistrarea o face utilizatorul pe calculatorul sau. Se folosesc pentru arhivri; datele odat nregistrate nu pot fi schimbate sau terse.

Din acest motiv, pentru orice fiier care se modific se nregistreaz o nou versiune. n felul acesta, dac un fiier are mai multe versiuni, timpul de acces poate s nu fie convenabil. Modul fizic de nregistrare este asemntor cu al discurilor CD-ROM. Informaiile pe discuri, fa de cele magnetice sunt mai bine protejate deoarece att discul ct i unitatea sunt foarte rezistente. De asemenea volumul de date care se pot memora este sensibil mai mare dect n cazul discurilor magnetice.

n concluzie, putem spune c discurile optice au practic capaciti nelimitate. Unele estimri, indic posibilitatea ca discurile optice s ajung la o capacitate de 1021 caractere, ceea ce este un volum inimaginabil de date.

CD-R (Compact Disc Recordable) dep((e(te principala lacun( a CD-ROM-ului (Compact Disc Read Only Memory): imposibilitatea de a nregistra date. Este posibil, astzi, realizarea unui disc n format CD-ROM cu ajutorul unui gravor. CD-ROM-ul astfel produs este un CD-R. El aparine suporturilor de tip WORM (Write Only Read Many), ale cror caracteristici au fost definite n Orange Book. Ieri material de excepie prin preul su (4000 $ n 1994), rezervat mai ales comunicaiilor sau marilor ntreprinderi norocoase, gravorul de CD-ROM sau CD-R-ul devine, astzi, accesibil pentru mai puin de 1000 $. El constituie pentru orice ntreprindere o soluie de ales pentru stocarea documentar sau pentru prezentarea multimedia a produselor ntreprinderii. Durata de via estimat pentru un CD produs industrial, prin presaj, este de 25 de ani, n timp ce cea a unui CD produs dup tehnologia CD-R, de 100 de ani.

CD-R este tot un disc compact. Dar aa cum l arat i numele (CD-R = CD-Recordable, adic CD-ul care poate fi nregistrat), coninutul su poate fi nscris de ctre beneficiarul care dispune de o unitate corespunztoare. Dup care, fostul CD-R devine CD-ROM pe care l poate citi orice unittae. Avantajul su const n faptul c informaia stocat pe el poate fi stabilit de ctre beneficiar. In acelei timp citirea informaiei fcnd