7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

1/139

Prof. univ. dr. Bogdan Oancea Asist. univ. dr. Adina Crean

Bazele Informaticii

Curs nvmnt la Distan

Universitatea Nicolae Titulescu din Bucureti2011

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

2/139

2

Introducere

Suportul de curs reprezint o sintez a coninutului disciplinei Bazele Informaticii. El estedestinat studenilor de la forma de nvmnt la distan (ID) i constituie materialul bibliograficminim necesar pentru parcurgerea, nsuirea i evaluarea disciplinei respective.

Suportul de curs este structurat conform standardelor i procedurilor de uz larg nnvmntul universitar naional i internaional, care se adreseaz nvrii individuale, pe bazeinteractive. Parcurgerea suportului de curs, pe baza prezentelor instruciuni, asigur reinereainformaiilor de baz, nelegerea fenomenelor fundamentale i aplicarea cunotinelor dobndite larezolvarea unor probleme specializate.

Suportul de curs este structurat pe trei module iar modulele sunt structurate, la rndul lor, peuniti de nvare. Modululreprezint o categorie de probleme distincte din materia disciplinei, careformeaz un tot unitar din punct de vedere al specificului cunotinelor, al nsuirii unui anumitaspect al fenomenologiei disciplinei precum i din perspectiva timpului necesar parcurgerii insuirii fondului informaional respectiv. n acest sens, un modul conine una sau mai multe unitide nvare. Unitatea de nvare reprezint o parte omogen din componena modulului,

caracterizat de un volum strict limitat de cunotine, care pot s fie parcurse i nsuite printr-unefort continuu de concentrare intelectual, care se refer la coninutul de idei al unitii de nvare.Fiecare unitate de nvare are o structur proiectat din perspectiva exigenelorautoinstruirii, astfelc folosirea suportului de curs se face pe baza unui program de autoinstruire.

Recomandm astfel, cteva regului de baz n procedura de realizare a programului deautoinstruire pe baza acestui suport de curs:

1. Unitile de nvare se parcurg n ordinea n care sunt prezentate, chiar n cazul n carestudentul apreciaz c ar putea sri direct la o alt unitate de nvare (de exemplu n cazul n carestudentul se afl la a doua facultate sau n alte situaii echivalente). Criteriile i modalitatea denlnuire a unitilor de nvare sunt prezentate la fiecare unitate de nvare i ele trebuierespectate ntocmai, sub sanciunea nerealizrii la parametri maximali a programului de autoinstruire;

2. Fiecare unitate de nvare conine teste destinate autoevalurii gradului i corectitudiniinsuirii cunotinelor specifice unitii de nvare, nelegerii fenomenelor i proceselor descrise sau

prezentate n unitatea de nvare;Fiecare test al unitii de nvare este prevzut cu un sistem de notare (puncte) care nsumeaz

un maximum de 100 puncte;3.Ordinea logic a parcurgerii unitii de nvare este urmtoarea:

a) se citete scopul i obiectivele unitii de nvare;b) se citesc termenii de referin (cuvintele-cheie);c) se parcurge coninutul de idei al unitii de nvare;d) se parcurge bibliografia recomandat;

e) se rspunde la ntrebrile de autocontrol, revznd, dac este necesar, coninutul de idei alunitii de nvare;f) se elaboreaz, pe o pagin, cte un eseu pentru fiecare dintre temele de reflecie propuse la

unitatea de nvare;g) se efectueaz testele de autoevaluare dup procedura descris;h) se rezolv exerciiile, problemele sau studiile de caz propuse pentru laboratorul sau

lucrrile practice propuse n unitatea de nvare.Pentru creterea eficienei utilizrii suportului de curs i fixarea temeinic a cunotinelor

dobndite, fiecare unitate de invatare se ncheie cu: ntrebri de autocontrol, teme de reflecie, temepentru studii de caz i teste de autoevaluare.

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

3/139

3

Obiectivele cursului

Obiectul suportului de curs const n studiul conceptelori instrumentelor specificetehnologiei informaiei.Obiectivele principale ale suportului de curs sunt:

nsuirea temeinic a noiunilor fundamentaleprivind utilizarea unui calculatorelectronic;

formarea deprinderilor de a utiliza noiunile i cunotinele tehnologieiinformaiei la realizarea lucrrilor practice n format electronic la disciplinelede specialitate;

dobndirea unei viziuni de ansamblu asupra teoriei i practicii bazelorinformaticii.Suportul de curs este structurat pe trei module, fiecare modul coninnd, n

funcie de problematica abordat, unitati de invatare specifice.

Competene conferite

Dup parcurgerea acestui curs, studentul va fi capabil s: utilizeze sistemul de operare pentru managementul dispozitivelor de

intrare/ieire i a componentelor hardware; evalueze performanele unui sistem de calcul; realizeze transferul informaiei ntre aplicaii; prezinte componentele unei reele de calculatoare i serviciile pe care le ofer

aceast reea; descrie conceptele de Internet i Intranet; realizeze pagini WEB folosind limbajul HTML.

Resurse i mijloace de lucru

Pentru parcurgerea acestui curs va fi nevoie de utilizarea procesorului de texte Wordi a procesorului de tabele Excel, care fac parte din pachetul software integratMICROSOFT OFFICE 2010.

Structura cursului

Suportul de curs este structurat pe trei module astfel:

Modulul I este un modul de prezentare a hardware-ului sistemelor de calcul,coninnd unitatile de invatare:

Unitatea 1. Organizarea calculatoarelor electronice;Unitatea 2. Microprocesorul;Unitatea 3. Memoria;Unitatea 4. Magistrale si dispozitive Intrare/Iesire ;

Modulul II se refera la notiunile privind sistemele de operare, coninnd unitatile deinvatare:

Unitatea 5. Sisteme de operare;Unitatea 6. Sistemul de operare WINDOWS;

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

4/139

4

Modulul III se refera la notiunile privind retelele de calculatoare si serviciul Internet,coninnd capitolele:

Unitatea 7. Retele de calculatoare.Unitatea 8. Reteaua Internet;Unitatea 9. Elemente ale limbajului HTML.

Discipline deservite

Pe baza cunotinelor dobndite n cadrul disciplinei curente studenii vor fi capabili surmeze cursurile de Baze de date, Sisteme informatice financiar-bancare, Sistemeinformatice de gestiune, Sisteme informatice in marketing, Informatica n afaceri,Comer electronic.

Durata medie de studiu individual

Timpul mediu necesar parcurgerii unei Uniti de nvare este 2-3 ore.

Evaluarea studenilor

Nota finala la disciplina Bazele Informaticii va fi stabilit prin :- evaluarea final (examen scris de tip gril)cu ponderea de 70%;- evaluri pe parcurs (teme de control n cadrul activitilor asistate) cuponderea de 30%.

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

5/139

5

CuprinsIntroducere 2

Obiectivele cursului 3

Competene conferite 3Resurse i mijloace de lucru 3

Structura cursului 3

Discipline deservite 4

Durata medie de studiu individual 4

Evaluarea studenilor 4

Cuprins 5

UNITATEA DE NVARE 1. ORGANIZAREA CALCULATOARELOR

ELECTRONICE 101.1. Obiective 10

1.2. Competenele unitii de nvare 10

1.3. Organizarea structurat a calculatoarelor 10

1.4. Istoria dezvoltrii calculatoarelor 13

1.5. Clasificarea calculatoarelor 16

1.6. Rezumat 16

1.7. Test de autoevaluare a cunotinelor 17

1.8. Tem de control 171.9. Bibliografie 17

UNITATEA DE NVARE 2. MICROPROCESORUL 18

2.1. Obiective 18

2.2. Competenele unitii de nvare 18

2.3. Elementele componente ale unui microprocesor 18

2.3.1. Registrele 19

2.3.2. Unitatea de interfa cu magistrala 19

2.3.3. Unitatea de control 20

2.3.4. Unitile de execuie 20

2.3.5. Memoria cache de nivel 1 20

2.3.6. Magistrala de memorie 21

2.3.7. Ceasul sistem 22

2.4. Funcionarea ntreruperilor 23

2.5. Paralelismul la nivel de instruciune 24

2.6. Familia de procesoare INTEL 262.6.1. Microprocesoarele 8088 i 8086 26

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

6/139

6

2.6.2. Microprocesorul 80-286 26

2.6.3. Microprocesorul 80-386 27

2.6.4. Microprocesorul 80-486 27

2.6.5. Microprocesorul Pentium 28

2.6.6. Microprocesorul Pentium Pro 28

2.6.7. Microprocesorul Pentium MMX 28

2.6.8. Microprocesorul Pentium II 29

2.6.9. Microprocesorul Pentium III 29

2.6.10. Microprocesorul Pentium IV 29

2.6.11. Microprocesorul Intel Core Duo 30

2.6.12. Microprocesorul Intel Core 2 30

2.6.13. Microprocesoare Intel Core i7/i5/i3 31

2.7. Rezumat 32

2.7. Test de autoevaluare a cunotinelor 32

2.8. Test de evaluare a cunotinelor 33

2.9. Tem de control 33

2.10. Bibliografie 33

UNITATEA DE NVARE 3. MEMORIA 34

3.1. Obiective 34

3.2. Competenele unitii de nvare 343.3. Memoria intern 34

3.3.1. Codificarea informaiilor n memoria intern 36

3.3.2. Memoria cache (memorie intermediar) 37

3.3.3. Tipuri constructive de de memorii 38

3.4. Memoria extern (secundar) 38

3.4.1. Memoria flash 39

3.4.2. Discurile magnetice 40

3.4.3. CD-ROM-ul 43

3.4.4. DVD-ul 43

3.4.5. Stick-ul de memorie USB 44

3.5. Rezumat 44

3.6. Test de autoevaluare a cunotinelor 45

3.7. Test de evaluare a cunotinelor 46

3.8. Bibliografie 46

UNITATEA DE NVARE 4. MAGISTRALE I DISPOZITIVE INTRARE-IEIRE 47

4.1. Obiective 47

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

7/139

7

4.2. Competenele unitii de nvare 47

4.3. Magistrala calculatorului 47

Identificai magistralele calculatorului i rolul fiecreia: 50

4.4 Dispozitivele de intrare-ieire 50

4.4.1 Tastatura 50

4.4.2 Mouse-ul 50

4.4.3 Scanner-ul 51

4.4.4 Subsistemul video 52

4.4.5 Adaptorul audio 55

4.4.6 Dispozitive pentru tiprirea informaiei 55

4.4.7 Modemul 57

4.4.8 Coduri de caractere 57

4.5. Rezumat 57

4.6. Test de autoevaluare a cunotinelor 58

4.7. Test de evaluare a cunotinelor 58

4.8. Bibliografie 59

UNITATEA DE NVARE 5. SISTEME DE OPERARE 60

5.1. Obiective 60

5.2. Competenele unitii de nvare 60

5.3. Evoluia sistemelor de operare 60

5.3.1 Procesarea serial 62

5.3.2 Procesarea pe loturi 62

5.3.3 Multiprogramarea 63

5.4 Componentele sistemelor de operare 65

5.4.1 Procesele 65

5.4.2 Fiierele 66

5.4.3 Interpretorul de comenzi (shell) 67

5.5 Funciile unui sistem de operare 685.5.1 Managementul proceselor 68

5.5.2 Managementul memoriei 70

5.5.3 Operaii de intrare/ieire 72

5.5.4 Managementul sistemului de fiiere 75

5.6 Rezumat 78

5.7. Test de autoevaluare a cunotinelor 79

5.8. Test de evaluare a cunotinelor 79

5.9. Bibliografie 80

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

8/139

8

UNITATEA DE NVARE 6. SISTEMUL DE OPERARE WINDOWS 81

6.1. Obiective 81

6.2. Competenele unitii de nvare 81

6.3. Windows XP 81

6.4 Windows Vista 83

6.5 Windows 7 85

6.6 Rezumat 87

6.7 Test de autoevaluare a cunotinelor 87

6.8 Test de evaluare a cunotinelor 88

6.9 Bibliografie 88

UNITATEA DE NVARE 7. REELE DE CALCULATOARE 89

7.1. Obiective 89

7.2. Competenele unitii de nvare 89

7.3. Noiuni generale 89

7.4 Clasificarea reelelor de calculatoare 91

7.5 Dispozitive hardware utilizate n reele 94

7.6 Mediul de comunicaie 95

7.7 Topologia reelelor 97

7.8 Organizarea programelor de reea 99

7.9 Rezumat 101

7.10. Test de autoevaluare a cunotinelor 102

7.11. Test de evaluare a cunotinelor 103

7.12 Tema de control 103

7.13. Bibliografie 103

UNITATEA DE NVARE 8. REEAUA INTERNET 104

8.1. Obiective 104

8.2. Competenele unitii de nvare 104

8.3. Istoricul Internet-ului 104

8.4 Componentele Internet-ului 1068.5 Adresarea calculatoarelor n Internet 108

8.5.1 Adresele IP 108

8.5.2 Sistemul de Nume al Domeniilor 108

8.6 Aplicaii ale Internet-ului 110

8.6.1 E-mail 110

8.6.2 Grupuri de tiri 113

8.6.3 Transferul fiierelor 113

8.6.4 Conectarea la distan 114

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

9/139

9

8.7 World Wide Web 115

8.7.1 Programul client 116

8.7.2 Programul server 118

8.7.3 Protocolul HTTP 120

8.8 Rezumat 1228.9. Test de autoevaluare a cunotinelor 123

8.10. Bibliografie 124

UNITATEA DE NVARE 9. ELEMENTE ALE LIMBAJULUI HTML 125

9.1. Obiective 125

9.2. Competenele unitii de nvare 125

9.3. Introducere n limbajul HTML 125

9.4. Formatarea documentelor HTML 127

9.5 Crearea listelor n HTML 1299.6 Generarea legturilor n documentele HTML 132

9.7 Introducerea imaginilor n HTML 133

9.8 Definirea tabelelor 134

9.9. Rezumat 138

9.10. Test de autoevaluare a cunotinelor 138

9.11. Test de evaluare a cunotinelor 139

9.12. Bibliografie 139

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

10/139

10

UNITATEA DE NVARE 1.ORGANIZAREA CALCULATOARELORELECTRONICE

Cuprins

1.1. Obiective1.2. Competenele unitii de nvare1.3. Organizarea structurat a calculatoarelor1.4. Istoria dezvoltrii calculatoarelor1.5. Clasificarea calculatoarelor1.6. Rezumat1.7. Test de autoevaluare a cunotinelor1.8. Tem de control1.9. Bibliografie

1.1. Obiective

n aceast prim unitate de nvare se va prezenta noiunea de calculator numeric,modul general de organizare a unui calculator i principalele aspecte privind noiuneade arhitectur a unui calculator. Tot n cadrul acestei unitti de nvare vom prezentaevoluia calculatoarelor numericei principalele criterii de clasificare a acestora.

1.2. Competenele unitii de nvareDup parcurgerea unitii vei fi n msur s:

definiinoiunea de calculator numeric; explicai modul general de organizare a calculatoarelor; identificaiprincipalele aspecte privind noiunea de arhitectur a unui

calculator; descrieievoluia calculatoarelor numerice; clasificaicalculatoarele numerice n funcie de puterea de calcul.

Durata de parcurgere a primei uniti de nvare este de 2 ore.

1.3. Organizarea structurat a calculatoarelor

Un calculator numeric este o main ce poate rezolva probleme prinexecutarea instruciunilor care i-au fost date. O secven de instruciuni care descrie

cum se execut o anumit sarcin se numeteprogram.Circuitele electronice ale calculatorului pot executa n mod direct o mulime

limitat de instruciuni simple n care trebuie exprimate toate problemele nainte spoat fi rezolvate cu ajutorul calculatorului.Aceste instruciuni sunt de genul:

adun 2 numere; compar 2 numere; transfer un numr dintr-o zon de memorie n alt zon.

00:05

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

11/139

11

Identificai funciile de baz pe care le poate efectua un calculator ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Aceste instruciuni primare ale unui calculator luate mpreun alctuiesclimbajul main (codul main). Limbajul main este foarte greu de utilizat direct

de ctre programatori. De regul, programatorii folosesc un limbaj mai complicatpentru scrierea programelor, limbaj care este mult mai aproape de limbajul natural.Deci, din punct de vedere conceptual, putem privi calculatorul ca fiind organizat pedou nivele:

Figura 1.1 Structura pe nivele a unui calculatorn figura 1.1 se poate observa modul de structurare pe nivele al unui calculator:

nivelul L0 este reprezentat de nivelul codului main, adic al setului deinstruciuni pe care procesorul le poate executa direct;

nivelul L1 este reprezentat de limbajele de programare utilizate n mod curentla scrierea programelor: C, C++, Java, Visual Basic etc. Programele scrise naceste limbajele sunt traduse n instruciuni simple ce fac parte din setul deinstruciuni al codului main, pentru a putea fi executate de ctremicroprocesor.

Cele mai multe calculatoare moderne au o organizare mult mai complicat dect cea

prezentat anterior. De regul, pentru descrierea arhitecturii unui calculator seutilizeaz o structurare pe 6 niveluri:

Nivelul 0 - nivelul logic-digital. Acesta const din circuitele electroniceorganizate sub forma unor pori logice care execut operaii logice simple cumar fi de exemplu operaiile I, SAU, NU etc. Pe baza acestor pori logice se potconstrui i memoriile. Unitatea de baz a memoriei este bitul- un bit poatememora cifra binar 0 sau 1. Mai multe uniti de memorie elementare pot ficombinate rezultnd un registru care poate memora 8, 16, 32 sau 64 bii.

Nivelul 1 - nivelul microarhitecturii. Acesta este privit ca o colecie deregistre ce formeaz o memorie local i un circuit special numit unitatearitmetico-logic (UAL). UAL poate executa operaii aritmetice simple: +, -etc. Registrele sunt conectate cu unitatea aritmetico-logic formnd calea dedate a procesorului("inima unui procesor"). Operaiile principale ale cii dedate pot fi descrise pe scurt astfel: se selecteaz unul sau ma i multe registre,coninutul lor este trimis ctre UAL care efectueaz o operaie i depunerezultatul ntr-un alt registru. Aceste operaii sunt controlate direct dehardware.

Nivelul 2 - nivelul arhitecturii setului de intruciuni - ISA (Instruction SetArchitecture). Toi fabricanii de calculatoare public un manual de referinal calculatorului care descrie toate instruciunile pe care le poate executa

procesorul dar nu descrie i modul cum sunt implementate. Aceste instruciuni

formeaz codul main al respectivului calculator. Deci, la acest nivel putemprivi calculatorul prin intermediul setului de instruciuni pe care le poateexecuta acesta.

00:20

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

12/139

12

Nivelul 3 - nivelul sistemului de operare. Sistemul de operare al unuicalculator reprezint o colecie de operaii mai complexe dect o simplinstruciune main, operaii care sunt des folosite n lucrul cu calculatorul(operarea calculatorului). Aceste operaii au fost grupate ntr-un programspecial denumit Sistem de Operare pentru a uura munca operatorilor i a

programatorilor.

Nivelul 4 - nivelul limbajului de asamblare. Limbajul de asamblarereprezint o exprimare simbolic (prin litere) a instruciunilor cod main (caresunt reprezentate sub forma unor numere binare).

Nivelul 5 - nivelul limbajelor evoluate. Limbajele evoluate reprezint limbajeadecvate cerinelor programatorilor. Exista zeci de asemenea limbaje de

programare. Dintre cele mai cunoscute limbaje de programare de nivel naltamintim: C, C++, Java, LISP, Prolog, BASIC etc. Programele scrise n astfelde limbaje sunt traduse n limbaj de asamblare de un program special denumitcompilator. Mai departe ele sunt traduse din limbaj de asamblare n limbajmain de un alt program denumit asamblor.

Organizarea pe niveluri a unui calculatoreste prezentat n figura 1.2.

Nivelul Logic digital

Nivelul arhitecturii setului de instruciuniNivelul sistemului de operare

Nivelul limbajului de asamblare

Nivelul limbajului orientat pe problem

Nivelul microarhitecturii

Figura 1.2 Reprezentarea pe 6 niveluri a organizrii calculatoarelor numerice

n final trebuie s reinem ideea c toate calculatoarele sunt construite ca oserie de niveluri, fiecare nivel fiind construit pe baza predecesorului su. Proiectndcalculatoarele n acest mod putem s suprimm temporar detaliile nesemnificative i

putem reduce un subiect complex la ceva mai uor de neles.Vom defini arhitectura unui calculator ca fiind mulimea de tipuri de date,

operaii i caracteristici ale fiecrui nivel. Arhitectura se refer la aspecte care suntvizibile pentru utilizatorul unui nivel. Diferite caracteristici vzute de programator (deexemplu ct memorie are calculatorul) sunt pri ale arhitecturii. Aspectele deimplementare cum ar fi de exemplu tehnologia fabricrii memoriei nu fac parte dinarhitectur.

Identificai modul de organizare a unui calculator pentru stabilirea arhitecturiisistemului.

......................................................................................................................................................................................................................................................

00:30

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

13/139

13

1.4. Istoria dezvoltrii calculatoarelorPe parcursul evoluiei calculatoarelor s-au proiectat i construit sute de tipuri

de calculatoare. Multe dintre ele sunt de mult uitate, dar unele au influenat n modsemnificativ evoluia calculatoarelor moderne. n continuare vom face o scurt

prezentare a generaiilor de calculatoare, ncepnd cu primul calculator construit de ompn la calculatoarele moderne din prezent. Din punct de vedere al caracteristicilor de

baz, putem delimita 5 generaii de calculatoare.

Generatia 0 - calculatoarele mecanice

Prima persoan care a construit o main de calcul funcional a fost BlaisePascal n anul 1642. Aceasta era o main mecanic care putea executa adunri iscderi. Maina era n ntregime construit numai din roi dinate fiind acionat de omanivel.

Matematicianul german Leibniz a perfecionat maina lui Pascal. El a introdusoperaiile de nmulire i mprire, construind astfel echivalentul mecanic al primuluicalculator de buzunar. 150 de ani mai trziu, un profesor de matematic de la

Cambridge, Charles Babbage, a proiectat o main de calcul mecanic destinatobinerii tabelelor de numere utile n navigaie. Maina utiliza un singur algoritm decalcul, i anume metoda diferenelor finite folosind polinoame. Cea mai interesantcaracteristic aacestei maini era faptul ca rezultatele erau scrise pe o plac de cupru

prin tanare. Se previziona astfel un mediu de stocare a datelor unic inscripionabilcum este CDROM-ul de azi. Dezavantajul mainii lui Babbage era faptul c nu puteaexecuta dect un singur algoritm. De aceea, Charles Babbage a trecut la proiectareaunei noi maini mai performante numit maina analitic. Aceasta era format din

patru componente: magazia (memoria), moara (unitatea de calcul), seciunea de intrarei seciunea de ieire. Magazia putea memora 1000 cuvinte fiecare formate din 50 cifrezecimale. Acestea erau utilizate pentru a memora variabilele i rezultatele. Moara

prelua operanzii din magazie i efectua operaii de adunare, scdere, nmulire saumprire, rezultatul fiind depus napoi n magazie. Caracteristica cea mai important amainii analitice consta n faptul c aceasta era o main universal: citea instruciunide pe cartele perforate i le executa. Prin perforarea unor programe diferite pe cartelelede intrare maina analitic a lui Charles Babbage putea efectua diverse calcule. Pentrua scrie aceste programe de prelucrare era nevoie ns i de un programator. Babbage aangajat-o pe tnara Ada Augusta Lovelace, fiica lordului Byron, pentru a scrie

programele destinate mainii analitice. n cinstea Adei Augusta unul din limbajele deprogramare moderne poart numele de ADA.

Pn naintea celui de-al doilea rzboi mondial, nu a mai existat nici un progres

semnificativ n ceea ce privete mainile de calcul. Abia n anul 1940 au fost construiteprimele versiuni electrice ale mainii lui Babbage: Aiken a construit la Harvard omain de calcul electric pe baz de relee denumit MARK I.

Generatia 1 - Utilizarea tuburilor electronice cu vid (1945-1955)

Impulsul determinant n dezvoltarea calculatoarelor electronice a fost dat de celde-al doilea rzboi mondial: problemele care trebuiau rezolvate rapid constau ndescifrarea mesajelor secrete i construirea tabelelor de intervale pentru artilerie. naceast perioad matematicianul Alan Turing construiete n Anglia o main de calculelectronic denumit COLOSSEUM care era utilizat la descifrarea mesajelor n timp

ce n America se starteaz construirea unui nou calculator denumit ENIAC. Acestaeste considerat primul calculator electronic din lume. ENIAC era construit din 18.000tuburi electronice i 1.500 relee, cntrea 30 de tone i consuma 140 KW. Calculatorul

00:40

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

14/139

14

a fost terminat n anul 1946 de ctre Eckert si Mauchley, deci prea trziu pentru a maiputea fi utilizat n scopul pentru care fusese proiectat.

Alt persoan care a avut o influen major asupra dezvoltrii calculatoarelora fost matematicianul John von Neumann. El construiete un calculator numit EDSACcare st la baza tuturor calculatoarelor de azi. Arhitectura calculatorului EDSAC a

primit numele de arhitectur von Neumann i o regsim n toate calculatoarele

moderne. Arhitectura von Neumann este prezentata n figura 1.3.

Unitate

aritmetico-

logic

Memorie

Unitate de

comand Intrare

Ie ire

Figura 1.3.Maina von Neumann

Maina von Neumann avea patru componente de baz: memoria pentru date iinstruciuni, unitatea aritmetico-logic, unitatea de comand i echipamentele deintrare-ieire. Von Neumann a neles pentru prima dat c un program poate fireprezentat sub form digital n memoria calculatorului. De asemenea, el a realizat caritmetica zecimal era foarte greoaie i de aceea a introdus pentru prima dataritmetica binar n reprezentarea datelor i a instruciunilor.

Cam n aceast perioad apare o companie mic, IBM, care construiete uncalculator pentru pentru calcule tiinifice - IBM 709. Acesta avea s fie nceputul uneiperioade de dominare a industriei de calcul de ctre IBM pentru mult vreme.

Generatia 2 - Utilizarea tranzistorului (1955-1965)

Tranzistorul a fost inventat n laboratoarele Bell n anul 1948 de ctre John Bardeen,Walter Brattain i William Shockley. n urmtorii 10 ani tranzistoarele au revoluionatindustria electronic, inclusiv construirea calculatoarelor iar la sfritul anilor 50tuburile electronice cu vid au devenit complet depite.Primele calculatoare construite cu tranzistoare au fost calculatoarele TX0 i TX2 la

M.I.T. n anul 1957 se nfiineaz o nou companie numit DEC (Digital EquipmentCorporation) pentru producerea unei maini asemntoare cu TX0. Pna la apariiaacestei maini, denumite PDP-1, au trecut aproximativ 4 ani deoarece finanatorii

proiectului nu credeau c va exista pia de desfacere pentru calculatoare. PDP-1 aveao memorie de 4 K cuvinte pe 18 bii i perioada ceasului de 5 microsecunde. IBM7090, succesorul calculatorului IBM 709, era de 2 ori mai rapid dect PDP-1 fiind celmai rapid calculator al vremii sale, dar costa 1 milion USD n timp ce PDP-1 costanumai 120.000 USD. Acesta a fost motivul pentru care s-au vndut zeci decalculatoare PDP-1, aprnd astfel industria de calculatoare.Civa ani mai trziu apare calculatorul PDP-8, o versiune mai simpl dar mai ieftin -costa numai 16.000 USD. PDP-8 aduce un lucru nou n construirea calculatoarelor:

toate componentele sale, procesorul, memoria, dispozitivele de intrare-ieire erauinterconectate ntre ele prin intermediul unei magistrale unice. Datorit costului sczut,

01:00

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

15/139

15

compania DEC a vndut in jur de 50.000 de calculatoare PDP-8, ceea ce la vremearespectiv a constituit un succes uria.Alte calculatoare construite n aceast perioad au fost IBM 7094 destinat n specialcalcului tiinific i CDC 6600 aprut n anul 1964. Unitatea central a calculatoruluiCDC 6600 era construit pe principiul paralelismului: existau mai multe unitifuncionale, pentru adunri, scderi, nmuliri, mpriri i toate acestea funcionau n

paralel, crescnd astfel viteza de execuie. Proiectantul acestui calculator a fostSeymour Cray care i-a fondat apoi propria companie special pentru construirea desupercalculatoare.

Generatia 3 - Utilizarea circuitelor integrate (1965-1980)

n anul 1958 apare primul circuit integrat care reunea pe un singur chip mii detranzistoare. Aceast realizare a fcut posibil construirea unor calculatoare mult maimici, mai rapide i mai ieftine dect cele pe baz de tranzistoare.

Unul dintre cele mai reprezentative calculatoare din aceast generaie a fostIBM System/360 care era destinat att pentru calcule tiinifice ct i pentru calculul

comercial. O inovaie major introdus de System/360 a fost multiprogramarea careimplica existena mai multor programe n memorie n acelai timp, astfel nct atuncicnd un program atepta terminarea unei operaii de intrare/ieire alt program puteaface calcule. n aceast perioad compania DEC produce un nou calculator denumit

PDP-11 care a avut foarte mare succes mai ales n universiti stabilind astfelrolul de lider al pieei de minicalculatoare al firmei DEC.

Generatia 4 - Utilizarea circuitelor VLSI (1980- 1990)

n anii 80 circuitele integrate pe scar larg VLSI (Very Large Scale of Integration)au permis existena a zecii de mii apoi sute de mii i chiar milioane de tranzistoare peun singur chip. Rezultatul acestei dezvoltri din domeniul electronicii a constat napariia de noi calculatoare mai rapide i mai mici. n aceast perioad apar primelecalculatoare personale. IBM a realizat n anul 1981 primul calculator personal (IBM-PC) dotat cu microprocesorul INTEL 80-80. Toat documentaia referitoare lacalculatorul IBM PC a fost fcut public astfel nct multe alte companii au nceputs produc clone ale PC-ului. Ele sunt folosite n toate domeniile: prelucrare de texte,tabele de calcul, baze de date, grafic etc.

Versiunea iniial a IBM-PC era echipat cu sistemul de operare MS-DOSprodus de firma Microsoft. Deoarece procesoarele ncep s devin din ce n ce maiputernice, apar aplicaii mult mai complexe astfel nct s-a simit nevoia unui nou

sistem de operare mai complex - acesta a fost sistemul Windows care n prezentechipeaz peste 90% din PC-urile existente pe pia.Dei au existat i alte firme care au produs sisteme de tipul PC, cum ar fi de

exemplu Apple (cu Apple Macintosh), niciuna dintre acestea nu a reuit s spargdominaia IBM-PC-urilor pe piaa calculatoarelor. La mijlocul anilor 80 apare o nouarhitectur de microprocesor numit RISC care prin performanele sale reuete sdepeasc arhitectura CISC conform creia erau construite procesoarele INTEL. n

prezent, toate procesoarele sunt construite avnd la baz un nucleu RISC.O alt caracteristic a acestei perioade a fost apariia i dezvoltarea fr

precedent a reelelor de calculatoare, inclusiv a reelei Internet.

01:15

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

16/139

16

S ne reamintim...Un calculator numeric este o main ce poate rezolva probleme prin executareainstruciunilor care i-au fost date. O secven de instruciuni care descrie cum seexecut o anumit sarcin se numete program.

1.5. Clasificarea calculatoarelorn funcie de puterea de calcul, calculatoarele se pot clasifica astfel:

Calculatoare ncorporate: acestea sunt calculatoarele ncorporate n ceasuri,aparatura electrocasnic, cititoare de CD-uri etc;

Calculatoare pentru jocuri: sunt utilizate la jocurile video. Ele suntcalculatoare cu posibiliti grafice avansate dar cu un software limitat i fr

posibilitatea de extindere; Calcul atoare personale: acestea au o memorie de cteva sute de MB, un hard

disc de regul de civa zeci de GB, o unitate CD-ROM, plac de sunet,modem etc. Exist n prezent disponibil software pentru aproape orice domeniu

de activitate; Servere de reea: sunt de regul calculatoare personale mai puternice, eventual

n configuraie multiprocesor i cu capacitate de interconectare la viteze detransmisie a datelor foarte mare;

Calculatoare mainframe: sunt calculatoare de mari dimensiuni cu omultitudine de medii de stocare a datelor i cu procesoare foarte rapide;

Supercalculatoare: aici se includ de regul calculatoarele paralele care suntdotate cu sute sau chiar mii de procesoare care conlucreaz la rezolvarea unei

probleme. Supercalculatoarele sunt utilizate pentru rezolvarea unor problemede calcul tiinific cum ar fi de exemplu modelarea climatului global,modelarea n astrofizic, modelarea cutremurelor de pmnt, proiectareaarmelor nucleare, modelarea fenomenelor macroeconomice.

S ne reamintim...n funcie de puterea de calcul, calculatoarele se pot clasifica astfel:Calculatoare ncorporate, Calculatoare pentru jocuri, Calculatoare personale,

Servere de reea, Calculatoare mainframe, Supercalculatoare.

Calculatoarele mainframe reprezint :......................................................................................................................................................................................................................................................................................

1.6. Rezumat Un calculator numericeste o main ce poate rezolva probleme prin executarea

instruciunilor care i-au fost date. O secven de instruciuni care descrie cum seexecut o anumit sarcin se numete program.

Limbajul intern al unui calculator se numetelimbaj main sau cod main. n interiorul unui calculator datele se reprezint n sistemul binar. Unitatea debaz a memoriei este bitul- un bit poate memora cifra binar 0 sau 1. Toate calculatoarele sunt structurate pe o serie de niveluri, fiecare nivel fiindconstruit pe baza predecesorului su. Arhitectura unui calculator reprezint mulimea de tipuri de date, operaii i

01:50

01:25

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

17/139

17

caracteristici ale fiecrui nivel. n funcie de momentul apariiei lor, exist 5 generaii de calculatoare.1.7. Test de autoevaluare a cunotinelor(timp necesar: 20 min.)

1) Care sunt funciile de baz pe care le poate efectua un calculator?2) Cum se numete limbajul intern al calculatorului?3) Menionai unitatea de baz a memoriei.4) Identificai sistemul de numeraie folosit de calculator pentru reprezentarea

datelor.5) Care a fost prima arhitectur ce st la baza tuturor calculatoarelor moderne i

cum era structurat aceasta?6) Dai definiia termenului mainframe.

Rspunsuri:

1) Cele 3 funcii de baz sunt: efectuarea operaiilor aritmetice asupra datelornumerice, compararea valorilor datelor i stocarea datelor.

2) Limbajul intern al unui calculator se numetelimbaj main(cod main).3) Unitatea de baz a memoriei este bitul.4) Sistemul binar.5) Arhitectura von Neumann ce descria un calculator cu patru module importante:

unitatea aritmetico-logic (UAL), unitatea de control (UC), memoria central idispozitivele de intrare/ieire.

6) Mainframe-urile sunt calculatoare de mari dimensiuni cu o multitudine demedii de stocare a datelor i cu procesoare foarte rapide.

1.8. Tem de controlIdentificai i alte criterii de clasificare a calculatoarelor i alctuii un scurt

referat.

1.9. Bibliografie

I. Bibliografie obligatorie1. Bogdan Oancea Tehnologia informaiei i comunicaiilor, Editura Artifex,Bucureti, 2008.2. Gheorghe Dodescu, Adrian Vasilescu, Bogdan Oancea - Sisteme de operare -Unix i Windows, Editura Economic, Buc., 20033. Gheorghe Dodescu, Bogdan Oancea, Mdlina Rceanu Procesare paralel,Editura Economic, Bucureti, 20034. Gheorghe Dodescu, Floarea Nstase Sisteme de calcul i operare, edituraEconomic,Bucureti, 2002

II. Bibliografie facultativ1. INTEL, "Intel Architecture - Software Developer's Manual Volume 1: Basic

Architecture", 2003.2. Andrew Tanenbaum, "Reele de calculatoare", Computer Press Agora, 19973. Rzvan Daniel Zota, Reele de calculatoare n era Internet,Editura Economic,Bucureti, 2002

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

18/139

18

UNITATEA DE NVARE 2. MICROPROCESORUL

Cuprins

2.1. Obiective

2.2. Competenele unitii de nvare2.3. Elementele componente ale unui microprocesor2.4. Elementele modelului relaional al datelor2.5. Operatorii modelului relational al datelor2.6. Rezumat2.7. Test de autoevaluare a cunotinelor2.8. Test de evaluare a cunotinelor2.9. Bibliografie

2.1. Obiective

n aceast unitate de nvare se vor prezenta elementele componente alearhitecturii unui calculator, noiunea de microprocesor, precum i modul cum sepoate stabili configuraia unui calculator pe baza caracteristicilormicroprocesorului.

2.2. Competenele unitii denvareDup parcurgerea unitii vei fi n msur s:

Descriei elementele componente ale arhitecturii unui calculator; Definii noiunea de microprocesor; Identificai elementele componente ale unui microprocesor; ntocmii configuraia unui calculator pe baza caracteristicilor

microprocesorului.

Durata de parcurgere a acestei uniti de nvare este de 3 ore.

2.3. Elementele componente ale unui microprocesor

Microprocesorul sau procesorul este unitatea central de prelucrare (UCP)ncorporat ntr-o capsul de circuit integrat. Are rolul de a citi instruciunile dintr-ozon de memorie, de a decodifica i executa comenzile formulate n codul

instruciunii.n figura 2.1 este prezentat schematic organizarea unui calculator: UCP esteconectat prin intermediul unei magistrale cu memoria principal, discurilemagnetice i alte dispozitive de intrare/ieire.

Memoria

principal Monitor Discmagnetic

Magistrala

UCP

Unitatea de

control

Unitateaaritmetico-

logicRegistre

00:00

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

19/139

19

Figura 2.1Reprezentarea schematic a unui calculator

UCP este alctuit din mai multe componente distincte: unitatea de control,responsabil cu extragerea instruciunilor din memoria principal i determinareatipului acestora, unitatea aritmetico-logic care are rolul de a executa operaiilenecesare ndeplinirii instruciunilor programelor i un set de registre (memorii de

dimensiuni foarte mici utilizate la stocarea operanzilor intruciunilor) fiecare cuanumite dimensiuni i funcii specifice.S ne reamintim...UCP este alctuit din:- unitatea de control;

- unitatea aritmetico-logic;- registre;

2.3.1. Registrele

Registrele sunt mici memorii situate chiar n interiorul procesorului, fiecare avnd

funcii specifice. Toate procesoarele posed ns dou registre fundamentale: Contorul de program (PC - Program Counter)- acesta indic n

permanen urmtoarea instruciune care trebuie executat de ctreprocesor;

Registrul de instruciuni (IR - I nstruction Register)- acesta memoreazinstruciunea pe care procesorul o execut la momentul actual;

Pe lng aceste dou registre, procesoarele mai dein registre cu funcii speciale cecontroleaz modul de operare i registre pentru memorarea datelor. Registreleacumulator sunt utilizate pentru efectuarea operaiilor aritmetice i logice i pentrumemorarea rezultatelor intermediare. Registrele index i registrele de segment

permit adresarea zonelor de memorie. Registrele de stare conin indicatori (flag-uri) care controleaz modul de lucrul al microprocesorului.. Registrele de stivgestioneaz i manipuleaz informaiile memorate n stiv. Stiva este o zon dememorie special unde sunt meninute informaii precum adresa de rentoarceredintr-o procedur/funcie, parametrii procedurilor/funciilor, variabilele locale ale

procedurilor/funciilor.Registrul reprezint memoria cea mai rapid a calculatorului, dar i cea mai mic cadimensiuni. Capacitatea de memorare a unui registru este de 8, 16, 32 sau 64 de biin funcie de tipul procesorului.Cu ct numrul de registre este mai mare, cu att programatorii au o mai mare

flexibilitate n scrierea unui cod main bun, dar totodat un numr mare de registrenseamn o complexitate sporit a procesorului i implicit un cost mai mare.

Cele mai importante registre ale unui procesor sunt:...................

2.3.2. Unitatea de interfa cu magistrala

Unitatea de interfa cu magistrala este acea parte a procesorului care asigur

interfaa cu restul calculatorului. Aceasta este rspunztoare pentru toate semnalelece se transmit ctre procesor precum i pentru generarea tuturor semnalelor carepleac de la procesor ctre celelalte componente ale calculatorului.

00:15

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

20/139

20

2.3.3. Unitatea de control

Unitatea de control reprezint circuitul care are rolul de a controla fluxul deinformaii prin procesor i a coordona activitile celorlalte componente ale sale.Funciile unitii de control variaz de la un tip de procesor la altul, dar n general,

indiferent de procesor, funcia de baz a unitii de control este de a extrageinstruciunile din memorie i a le decodifica (adic determinarea tipului lor).

Indiferent de tipul de procesor, funcia de baz a unitii de control este:...................

2.3.4. Unitile de execuie

Procesoarele moderne posed mai multe uniti de execuie. Rolul acestora este dea executa propriu-zis instruciunile programului. Din punct de vedere al execuiei,instruciunile sunt grupate n instruciuni care opereaz cu numere ntregi iinstruciuni care opereaz cu numere reale (de fapt n calculator se poate reprezentadoar o submulime a numerelor reale). Acestea din urm poart numele de numeren virgula mobil. Deoarece prelucrarea numerelor ntregi este mult diferit (nceea ce privete tehnicile utilizate de procesor) de cea a numerelor n virgulmobil, procesoarele moderne posed uniti separate de prelucrare a numerelorntregi i a celor n virgul mobil. Procesarea numerelor ntregi este foarte rapidla majoritatea tipurilor de microprocesoare dar lucrul cu numere n virgul mobileste nc foarte lent. Spre exemplu, o mprire a dou numere n virgul mobil

poate fi de 50 de ori mai lent dect adunarea a dou numere ntregi.

2.3.5. Memoria cache de nivel 1

Toate microprocesoarele performante ncorporeaz o mic memorie de vitez foarteridicat aflat direct pe chip numit memorie cache de nivel 1 (L1 cache). Aceastaare rolul de a stoca datele i instruciunile recent folosite sau care urmeaz a fifolosite imediat. O observaie a cercettorilor n domeniul tiinei calculatoarelorspune c, dac un procesor a utilizat recent o anumit informaie din memorie, estefoarte probabil ca n viitorul apropiat s fac referire din nou la acea informaie.Folosind o memorie cache pentru stocarea informaiilor recent accesate procesorul

poate executa instruciunile mai rapid, deoarece memoria principal a calculatoruluieste mult mai lent dect viteza procesorului iar cutarea i extragerea informaiilordin memoria principal necesit un interval de timp foarte mare. Dimens iuneamemoriei cache de nivelul 1 este mic (spre exemplu poate fi de 64 Kb) din doumotive:

trebuie integrat direct pe chip-ul procesorului; memoria cache este o memorie foarte scump;

Pe lng memoria cache de nivel 1, mai exist nc dou tipuri de memorie cache: memoria cache de nivel 2 (L2 cache) - se gsete fie tot n componena

microprocesorului fie plasat pe un chip separat fa de UCP n cazulcalculatoarelor mai vechi i poate funciona la aceeai vitez ca imicroprocesorul sau la o vitez inferioar, dar n toate cazurile la o vitez

00:30

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

21/139

21

superioar fa de memoria RAM. memoria cache de nivel 3 (L3 cache) - se gsete pe placa de baz i

ndeplineste aceleai funcii ca si cache-ul L2.

Memoria cache de nivel 1 reprezint:

.......

2.3.6. Magistrala de memorie

Modul i viteza cu care microprocesorul comunic cu celelalte componente alecalculatorului dein un rol foarte important n performanele gobale ale sistemuluide calcul. Microprocesorul utilizeaz ci dedicate de comunicare cu celelaltecomponente ale calculatorului, aceste ci purtnd numele de magistrale. ntr-un

sistem de calcul exist mai multe tipuri de magistrale fiecare cu caracteristiciproprii. n continuare vom discuta despre magistrala care leag microprocesorul dememorie - magistrala de memorie.

Magistrala de memorie asigur conexiunea dintre memoria calculatorului imicroprocesor. Toate transferurile de date spre, i de la microprocesor, au loc prinintermediul acestei magistrale. Magistrala de memorie este compus din dou pridistincte: magistrala de date i magistrala de adrese. Magistrala de datereprezint de fapt, ceea ce ntelegem atunci cnd vorbim despre magistrale: eareprezint canalul prin care se transmit date ntre procesor i memorie.Magistrala de date este caraterizat prin lime i vitez. Limea magistraleireprezint numrul de fire prin care se pot transfera date simultan. Limea seexprim, de regul, n bii - de exemplu o magistral de 32 de bii poate transferasimultan 32 de bii de informaie. Viteza cu care sunt transferate aceste date prinmagistral are o contribuie deosebit la performana global a sistemului de calcul.

Magistrala de adrese reprezint canalul prin care se transport informaiadespre locul din memoria principal de unde trebuie transferate datele propriu-zise.Aceast magistral nu transfer deci informaie util ci practic doar adrese dememorie care determin locaiile unde datele sunt scrise sau de unde sunt citite.Limea acestei magistrale determin capacitatea de adresabilitate a

procesorului. Limea magistralei de adrese nu coincide cu cea a magistralei de datei nici nu se impune vreo restricie n acest sens. Dac magistrala de adrese are

limea de nbii atunci procesorul poate adresa 2n

locaii de memorie. De obicei,procesoarele pot adresa mai mult memorie fizic dect folosesc majoritatea PC-urilor. Chiar plcile de baz ale PC-urilor limiteaz dimensiunea maxim amemoriei RAM care poate fi utilizat mult sub capacitatea maxim de adresare.

Sistemele cu procesor Pentium aveau o magistral de adrese pe 32 de bii,adic puteau adresa 4 GB de memorie RAM. La sistemele mai noi cu procesoarePentiumPro, Pentium II, Pentium III sau Pentium IV, limea magistralei de adresea fost mrit la 36 de bii ceea ce nseamn c se pot adresa 64 GB de memorieRAM.

Magistrala de memorie este compus din:

......................

00:40

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

22/139

22

2.3.7. Ceasul sistem

Toate calculatoarele dispun de aa numitele ceasuri de sistem. Un astfel de ceas

este un circuit care emite impulsuri electrice la intervale constante de timp.Impulsurile sunt emise cu o anumit frecven, care n mod normal este msurat nMHz (milioane de Hz). Un impuls de ceas (se mai numete i tact sau ciclu deceas) este cea mai mic unitate de msur n activitatea de procesare desfurat demicroprocesor. Frecvena de tact a ceasului determin viteza cu care se desfoaractivitile n interiorul PC-ului. n acest sens, o vitez mai mare determin o

performan mai mare a calculatorului. Atunci cnd se face referire la vitezaceasului sistem, se nelege viteza magistralei de memorie i nu viteza intern amicroprocesorului.Unele activiti (instruciuni) necesit un singur ciclu de ceas pentru a se termina,

n timp ce altele necesit mai multe cicluri n funcie de complexitatea acestora.

De exemplu, adunarea a dou numere ntregi se poate efectua ntr-un singur ciclude ceas n timp ce adunarea a dou numere n virgul mobil necesit mai multecicluri de ceas.

Execuia instruciunilorProcesorul execut fiecare instruciune printr-o serie de pai mici :

1. transfer instruciunea care trebuie executat n pasul urmtor din memorien registrul de instruciuni;

2. modific valoarea contorului de program astfel nct acesta s indice ctreurmtoarea instruciune;

3. determin tipul instruciunii curente (decodificare);4. dac instruciunea are un operand n memorie, determin adresa unde se

gsete acesta;5. extrage operanzii din registrele microprocesorului, dac este cazul;6. execut instruciunea;7. totul se reia de la punctul 1.

Aceast secven de pai este denumit, de regul, ciclul extrage-decodific-execut i este esenial n funcionarea oricrui calculator electronic.Secvena este implementat diferit de diferite tipuri de procesoare.

Procesoarele mai vechi erau construite pe baza unui microcod, adic eleconineau un mic program care avea rolul de a executa etapele prezentate mai sus. Acest program purta denumirea de interpretor. Procesoarele moderne, executaceast secven de operaii direct prin hardware. Fiecare abordare are avantajele idezavantajele ei. De exemplu, procesoarele care utilizeaz un microcod pot executaun numr foarte mare de instruciuni complexe. Dar, deoarece aceste instruciunisunt complexe, viteza lor de execuie este sczut. Calculatoarele careimplementeaz aceast abordare a metodei de executare a instruciunilor poartnumele de calculatoare CISC (Complex Instruction Set Computer).n anii 80 un grup de cercettori de la Universitile Berkeley i Stanford propun oalt modalitate de abordare: procesorul poate executa un numr mai restrns de

instruciuni foarte simple. Fiind simple, aceste instruciuni se vor executa foarterapid. n acest fel au aprut procesoarele RISC (Reduced Instruction SetComputer). Argumentul care a stat la baza mainilor RISC se poate rezuma astfel:

01:00

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

23/139

23

chiar dac maina RISC are nevoie de 4 sau 5 instruciuni pentru a realiza ceea ce omain CISC realiza printr-o singur instruciune, dac instruciunile RISC sunt de10 ori mai rapide (pentru c sunt executate direct de hardware i nu de microcod)atunci maina RISC va ctiga.Mult vreme a existat o dezbatere aprins pe marginea temei CISC sau RISC. nultimul timp, toate procesoarele, inclusiv cele care prin tradiie erau construite ca

fiind procesoare CISC, cum sunt de exemplu procesoarele INTEL, dein un nucleuRISC care execut instruciunile mai simple ntr-un singur ciclu al cii de date, iarcele complexe sunt descompuse n mai multe instruciuni simple. Chiar dacaceast abordare hibrid nu este la fel de rapid ca i cea RISC pur, ea permiteobinerea unor performane bune n paralel cu rularea vechilor programenemodificate.

Explicai diferenele dintre procesoarele CISC i RISC:...............

2.4.Funcionarea ntreruperilor

Atunci cnd utilizm calculatorul este necesar ca microprocesorul s efectueze maimulte lucruri n acelai timp. De exemplu, pentru un utilizator al sistemuluiWindows Vista, este normal ca n timp ce editeaz un document, s asculte muzicde la un CD-ROM sau s transfere un fiier de pe Internet. Procesorul este capabils execute toate aceste sarcini aparent simultan prin mecanismul time-sharingadic mprindu-se ntre diversele dispozitive care i solicit activitatea. Numai

viteza foarte mare de comutare ntre diferitele sarcini pe care le are procesorul ne diluzia c acestea sunt executate simultan.Majoritatea componentelor calculatorului trebuie s schimbe informaii cu

microprocesorul i ateapt s capteze atenia acestuia atunci cnd este nevoie.Procesorul are astfel rolul de a balansa transferul de informaii de la componentelecalculatorului i de a le organiza ntr-o manier eficient. Acest lucru se poaterealiza n dou moduri:

prin tehnica denumit polling (sondare): procesorul trimite mesajedispozitivelor calculatorului pentru a le ntreba dac au nevoie de ceva.Aceast metod este folosit mai puin ntr-un PC deoarece se face o risipde timp pentru a verifica fiecare dispozitiv n parte dac are nevoie de

aciunea procesorului; prin mecanismul dentreruperi: atunci cnd un dispozitiv trebuie s

transfere date ctre microprocesor el va genera un semnal de ntrerupere,ceea ce este de fapt un mesaj de genul am nevoie de atenia dvs.. n acestmoment microprocesorul se ntrerupe din activitatea curent i trateazcererea dispozitivului care i-a solicitat atenia. Aceste cereri sunt rezolvate

pe baza unei liste de prioriti, pentru a se decide care este mai important icare va fi executat prima. Atunci cnd procesorul este ntrerupt, el salveazinformaiile despre programul care era n curs de execuie ntr-o memoriespecial denumit stiva microprocesorului. Cnd procesarea ntreruperii sencheie, se reia execuia programului ntrerupt, utiliznd informaiile dinstiv pentru a ti din ce punct trebuie reluat execuia.

01:15

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

24/139

24

ntreruperile pot fi mprite n dou categorii:ntreruperi hardware carevin de la diferite dispozitive ale calculatorului intreruperi software care suntgenerate de programe ca rspuns la diferite evenimente ce survin n timpulexecuiei lor.

Procesorul trebuie s memoreze anumite informaii depre activitatea curentdin care a fost ntrerupt. Atunci cnd se execut o rutin de tratare a unei

ntreruperi, informaiile despre programul care se executa i locul din program undese ajumsese cu execuia sunt memorate n stiv, astfel nct la terminarea procesriintreruperii s se poat reveni la programul iniial. Stiva funcioneaz pe principiulLIFO (Last In First Out) - ultimul venit primul ieit. Informaiile despre activitateacurent ntrerupt sunt plasate n vrfulstivei, iar la revenire aceste informaii sunteliminate din stiv.

ntreruperile generate de dispozitivele calculatorului sunt communicateprocesorului prin canale speciale de comunicaie. Gestionarea acestora se realizeazde un circuit numit controller de ntreruperi.

O serie de ntreruperi pot fi ignorate de procesor pentru o scurt perioad detimp - aceste ntreruperi care pot fi ignorate se numesc ntreruperi mascabile.

Microprocesorul este capabil s mascheze temporar ntreruperile i s amnetratarea lor pentru a termina sarcina pe care o execut n mod curent. Exist ns ianumite ntreruperi foarte importante care un pot fi ignorate de microprocesor -acestea se numesc ntreurperi nemascabile (NMI - Non Mascable Interrupt). ncazul recepionrii unui semnal NMI, procesorul i ntrerupe activitatea curent,indiferent care ar fi fost aceast activitate. Din acest motiv, ntreruperile NMI suntutilizate doar pentru probleme critice, cum ar fi erorile hardware. Una dintre celemai frecvente utilizri ale ntreruperilor NMI este pentru controlul paritiimemoriei. Atunci cnd este recepionat o astfel de ntrerupere eroarea trebuieimediat remediat pentru a se preveni eventualele pierderi de date.

ntreruperile se clasific astfel:...............

2.5. Paralelismul la nivel de instruciune

Una dintre modalitile de a crete performanele unui procesor este aceea de aaduce mbuntiri arhitecturii lui. Acest lucru se realizeaz prin dou modaliti:

prin tehnica benzii de asamblare (pipeline) - procesoare pipeline; prin existena unor uniti de execuie multiple astfel nct s poat fi

executate mai multe instruciuni simultan - procesoare superscalare.

Procesoare pipelineModalitatea de prelucrarepipelinea fost mprumutat n proiectarea calculatoarelorde la benzile de asamblare din ntreprinderile industriale. Prelucrarea n band deasamblare poate realiza un paralelism temporal prin suprapunerea n timp a

procesrii instruciunilor. n general, pentru a aplica tehnica benzii de asamblare,problema care trebuie rezolvat se divide n subprobleme. Fiecare dintre acestesubprobleme se atribuie apoi unui nivel separat din banda de asamblare, nivel carelucreaz n paralelcu celelalte nivele. Rezultatele prelucrrii unui nivel din bandade asamblare vor constitui datele de intrare pentru nivelul urmtor. De obicei, toatenivele dintr-o band de asamblare trebuie s aib aceeai vitez de prelucrare, ncaz contrar, nivelul cu cea mai mic vitez devenind un punct critic n fluxul de

01:30

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

25/139

25

date.Folosirea tehniciipipeline a fost una dintre primele metode utilizate pentru a

mbunti performanele unui procesor. Toate procesoarele care se fabric nprezent folosesc aceast tehnic.

Aceast tehnic a fost folosit nc din anii '70 la supercalculatoarele dinacea vreme. n momentul actual toate procesoarele sunt construite pe baza acestui

principiu.

Microprocesoare superscalaren cazul procesoarelor superscalare, instruciunile sunt aduse sub forma unui fluxsecvenial din memoria cache de nivel 1 i prezentate unitii de decodificare. Aicise verific dependena dintre instruciuni iar cele care sunt independente sunt

planificate simultan pentru execuie ntr-un singur tact al ceasului. Deci,caracteristica principal a procesoarelor superscalare o reprezint execuiasimultan a dou sau mai multor instruciuni. Aceast idee de a mbunti

performanele unui procesor a aprut nc de la nceputul anilor '80 n proiecte alefirmelor IBM sau DEC. Primele implementri comerciale ale conceptului de

procesor superscalar au fost disponibile ns ceva mai trziu, spre sfritul anilor'80 i nceputul anilor '90 prin procesorul Intel 960CA aprut n anul 1989 i IBMPOWER 1 (RS/6000) aprut n 1990.

Pentru ca dou instruciuni s poat fi executate n paralel ele nu trebuie s-i dispute resursele i nici una nu trebuie s depind de rezultatul celeilalte. Aceastanseamn c dou instruciuni trebuie s fie independente pentru a putea fiexecutate n paralel. Situaia n care dou instruciuni utilizeaz aceleai resursehardware se numete dependen de resurse iar situaia n care dou instruciunidepind una de celelat prin rezultate sau operanzi poart numele de dependen dedate. Independena instruciunilor este asigurat fie prin compilatoare caregenereaz cod optimizat fie printr-un hardware complicat care detecteaz ieliminin dependenele dintre instruciuni chiar n timpul execuiei programului.

n cazul microprocesoarelor superscalare trebuie s avem cel puin doubenzi de asamblare pentru a putea executa dou instruciuni simultan.

Microprocesoarele superscalare au evoluat pe dou ci diferite. Unele auaprut ca o dezvoltare a unor procesoare scalare deja existente, altele au reprezentatarhitecturi cu totul noi, construite de la nceput ca procesoare superscalare. Primelemicroprocesoare superscalare au fost de tip RISC, microprocesoarele CISC aprndcu civa ani mai trziu datorit complexitii lor mai ridicate. Cele dintimicroprocesoare CISC superscalare au fost Pentium i MC68060 disponibile pe

pia din anul 1993 deci cu 3-4 ani mai trziu dect primele microprocesoare RISC

superscalare. Tendina dominant n momentul actual este spre dezvoltareamicroprocesoarelor RISC n detrimentul celor CISC. n prezent cele mai cunoscutemicroprocesoare CISC superscalare cum ar fi Pentium II, III i IV, AMD K6, AMDK6-2, K7, XP, Athlon ...... au la baz un nucleu RISC. Ele posed un decodificatorcare convertete instruciunile CISC n instruciuni RISC nainte ca acestea s fieexecutate.

Datorit caracteristicii sale de a executa mai multe instruciuni n paralel, unprocesor superscalar are de rezolvat o serie de probleme care nu apreau laprocesoarele obinuite. Printre aceste probleme se numr: decodificarea paralela instruciunilor, planificarea instruciunilor spre execuie, folosirea unor tehnicispeciale de evitare a blocajelor de planificare datorate dependenelor ntre

instruciuni (shelving, redenumirea registrelor, execuia speculativ), execuiaparalel a mai multor instruciuni, meninerea secvenialitiiprogramelor i atratrii excepiilor. n procesoarele superscalare mai multe instruciuni sunt

01:45

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

26/139

26

executate n paralel iar instruciunile nu se termin n general n ordinea secvenialdin program datorit timpilor diferii necesari diferitelor uniti de execuie. Deaceea, procesorul trebuie s ia msuri speciale astfel nct ordinea secvenial ainstruciunilor s nu fie nclcat. Meninerea secvenialitii execuieiinstruciunilor implic dou aspecte: ordinea n care sunt terminate instruciunile(consisten procesor) i ordinea n care este accesat memoria (consistena

memoriei).

Ce probleme apar n cazul utilizrii unui procesor superscalar ?...................

S ne reamintim...

mbuntireaperformanele unui procesor se realizeaz prin: folosirea tehnicii pipeline; utilizarea procesoarelor superscalare.

2.6. Familia de procesoare INTEL

2.6.1. Microprocesoarele 8088 i 8086

Primul microprocesor, 4004, pe 4 bii a fost produs de firma INTEL n anul1971. El a fost rapid mbuntit, rezultnd microprocesorul 8008. n anul 1974apare a doua generaie de procesoare INTEL - 8080. O versiune mbuntit a

acestui microprocesor - 8088 a stat la baza construirii primului calculator personalIBM-PC. Dei n 1978 apruse deja un nou microprocesor mai performant, INTEL8086, IBM a luat decizia de a utiliza n calculatorul personal un microprocesor maivechi pentru a menine preul calculatorului sczut. Microprocesorul 8088 lucra la ofrecven de 4.77 MHz, admitea o magistral intern pe 16 bii, ns magistralaextern nu avea dect 8 bii, spre deosebire de 8086 care avea i magistrala externtot de 16 bii. Acest lucru uura conectarea microprocesorului cu celelaltecomponente ale calculatorului. Microprocesoarele 8086 i 8088 au introdusnoiunea de segmentare: memoria era divizat n poriuni numite segmente careaveau dimensiunea maxim de 64 KB. Microprocesoarele aveau patru registre desegment care memorau adresa de nceput a unui segment de memorie, adic puteau

adresa 256KB de memorie fr schimba coninutul registrelor de segment.Magistrala de adres a acestor microprocesoare era de 20 de bii ceea ce nsemna cmemoria total adresabil era de 1MB.

2.6.2. Microprocesorul 80-286

n anul 1982 apare un nou microprocesor compatibil cu vechile 8088 pe care firmaINTEL l-a denumit 80-286 sau pe scurt 286. ntre timp fusese construit i

procesorul 186, dar acesta a avut o via de doar cteva luni. Procesorul 286putea lucra exact ca i predecesorul su 8088, dar avea unele faciliti n plus. Cele

mai importante faciliti aduse de procesorul 286 au fost suportul pentruimplementarea mecanismului de memorie virtual i modul de execuie protejat

02:00

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

27/139

27

care permitea mai multor programe s fie active simultan n memorie. Modul deexecuie protejat utilizeaz registrele de segment ca pointeri (indicatori) ctre tabelede descriptori. Un descriptor furniza 24 de bii utilizai la adresarea memoriei, decidimensiunea maxim a memoriei crete la 16 MB (224bii = 16MB). Modul

protejat include i mecanisme de protecie cum ar fi verificarea limitei maxime aunui segment, declararea segmentelor ca fiind read-only (nu pot fi modificate) sau

execute-only (conin doar instruciuni executabile) i patru nivele de privilegiipentru a proteja codul sistemului de operare de cel al programelor de aplicaie.Mecanismul memoriei virtuale las impresia programelor c dispun de un spaiu dememorie mai mare dect memoria fizic instalat pe calculator. Memoria fizic esteprelungit utilizndu-se discul magentic. Memoria virtual poate fi considerat cao mulime de adrese de memorie; programele utilizeaz aceste adrese virtuale nlocul celor reale pentru a stoca date i instruciuni. n momentul execuiei

programului, adresele virtuale sunt convertite n adrese reale de memorierealizndu-se transferul datelor din memoria virtual (de pe disc) n memoria real.Despre memoria virtual vom discuta n contextul sistemelor de operare.

Cu procesorul 80-286 a fost construit un nou calculator personal PC-AT

(Advanced Technology).

2.6.3. Microprocesorul 80-386

n 1985 a fost lansat pe pia un nou procesor - 386 - care este primul procesorINTEL pe 32 de bii. Versiunea iniial avea o magistral de 32 de bii, apoi a fostrealizat o alt versiune cu o magistral de 16 bii denumit 386SX n timp ceversiunea iniial pe 32 de bii a fost redenumit 386DX. n aceast perioad apar i

procesoarele unei firme concurente, AMD, care erau compatibile cu cele ale firmeiINTEL. Concurena ntre cele dou companii a fcut ca preul calculatoarelor

personale s scad sub 1000 USD.Procesoarele 386 au fost realizate utilizndu-se o tehnologie CMOS de 1.5

microni (dimensiunea unuei componente electronice de baz - tranzistorul - era de1.5 microni) i conineau 275.000 de tranzistoare. Caracteristica cea mai importanta procesorului 386 consta n faptul c era un procesor pe 32 de bii, adicdimensiunea registrelor microprocesorului era de 32 de bii iar accesul la memoriese realiza printr-o magistral de 32 de bii. Acest lucru a permis pentru prima datadresarea a 4 GB de memorie n mod direct i a 64 TB n mod virtual. Ca i ncazul microprocesorului 286, software-ul (programele) nu au folosit deplincapacitatea acestui procesor dect cu 10 ani mai trziu, odat cu apariia sistemuluide operare Windows 95. Primele procesoare rulau la frecvena de 12.5 MHz darapoi viteza a crescut la 16, 20, 25, 33, 40 i 50 MHz.

Microprocesorul 386 a fost primul care a introdus un anumit grad deparalelism n procesarea instruciunilor. Unitatea de interfa cu magistrala, unitateade extragere a instruciunilor (care aducea instruciunile i le memora ntr-un bufferde 16 bytes), unitatea de decodificare, unitatea de execuie i unitatea demanagement a memoriei puteau lucra n paralel.

Pe lng modul de execuie protejat, s-a introdus i un mod numit virtual80-86 pentru a executa mai eficient vechile programe scrise pentrumicroprocesoarele Intel 80-86.

2.6.4. Microprocesorul 80-486

02:15

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

28/139

28

Firma INTEL a lansat n aprilie 1989 procesorul 486 care venea cu unelembuntiri fa de predecesorul su. Setul de registre, metodele de gestionare amemoriei erau neschimbate fa de 386 dar performanele procesorului erau multmbuntite prin integrarea pe chip a coprocesorului matematic destinat efecturiicalculelor n virgul mobil i a unei memorii cache de nivel 1 de 8 KB. Primaversiune a microprocesorului 486 era fabricat n tehnologie CMOS de 1 micron i

avea 1.2 milioane de tranzistoare. n scurt timp tehnologia electronic a avansatastfel nct procesoarele 486 au fost produse n tehnologie de 0.5 microni.Microprocesorul 486 a fost primul din seria Intel x86 care a utilizat tehnica

pipeline, avnd o band de asamblare cu 5 niveluri. De asemenea, microprocesorul486 a ncorporat i faciliti de reducere a energei consumate utile n special pentucalculatoarele portabile.

2.6.5. Microprocesorul Pentium

n anul 1993 este realizat un procesor cu o arhitectur cu totul nou, superscalar,

ce putea executa n anumite condiii 2 instruciuni simultan. Acest procesor a fostdenumit Pentium. Alte mbunttiri constau n integrarea unei memorii cacheseparate pentru date i instruciuni de 8 KB fiecare i creterea frecvenei la 60MHz apoi la 66 MHz. Iniial, Pentium a fost produs n tehnologie CMOS de 0.8microni dar n scurt timp s-a ajuns la tehnologia de 0.35 microni ceea ce a permisintegrarea pe chipul procesorului a 3.3 milioane de tranzistoare. Registrelemicroprocesorului sunt n continuare pe 32 de bii dar cile de comunicaie internesunt de 128 i 256 de bii pentru a crete rata de transfer a datelor n interiorulmicroprocesorului. Magistrala de acces la memorie n cazul microprocesoruluiPentium este de 64 de bii.

2.6.6. Microprocesorul Pentium Pro

Pentium Pro a fost introdus n 1995 ca succesor al procesorului Pentium. Acesta aschimbat radical modul de execuie al instruciunilor, translatndu-le nmicroinstruciuni de tip RISC pentru a crete viteza de execuie. Numrul detranzistoare ncorporate n PentiumPro era de aproximativ 5.5 milioane.Principalele caracteristici ale procesorului Pentium Pro sunt:

Arhitectur n band de asamblare cu 12 nivele; Este un microprocesor superscalar care poate executa trei instruciuni

simultan; Memorie cache de nivel 2 integrat pe chip; Optimizare pentru rularea programelor pe 32 de bii; Adresabilitate mai mare: magistrala de adrese avea 36 de bii, adic se putea

adresa o memorie fizic de 64 GB; Utilizarea unor metode avansate de previziune a ramificrilor n programe; Utilizarea tehnicii de redenumire a registrelor care permite execuia

simultan a mai multor instruciuni; Execuie speculativ: un mecanism care permite instruciunilor s fie

procesate mai devreme, nainte de ordinea de execuie normal.

2.6.7. Microprocesorul Pentium MMX

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

29/139

29

Pentium MMX aprut n 1997 este primul procesor INTEL ce a inclus un set noude instruciuni destinate n special aplicaiilor multimedia (MMX - MultimediaMedia Extension). Acestea sunt instruciuni speciale destinate procesrii datelorvideo i audio mai eficient. Ele urmeaz principiul SIMD (Single InstructionMultiple Data - o singur instruciune mai multe date) care presupun execuia

aceleiai instruciuni pe mai multe seturi de date simultan. Instruciunile MMX suntcapabile s prelucreze simultan mai multe date de tip ntreg, efectund aceeaioperaie asupra lor. Frecvenele de ceas ale procesorului Pentium MMX au fost de166, 200 i 233 MHz.

2.6.8. Microprocesorul Pentium II

n mai 1997 apare procesorul Pentium II care reprezint un pas important nevoluia de la Pentium Pro. La crearea procesorului Pentium II obiectivul firmeiINTEL a fost reducerea costului deosebit de mare al memoriei cache de nivel 2

integrate care constituia principala dificultate n realizarea Pentium Pro. Aceastmemorie a fost nlocuit cu un circuit special ce conine procesorul i 512 KB dememorie cache secundar careare o vitez de acces egal cu jumatate din viteza

procesorului. Acest ansamblu denumit SEC (Single Edge Cartridge) a fost conceputs se potriveasc ntr-un soclu de 242 pini pe placa de baz Pentium II. Frecvenelede ceas ale procesorului Pentium II au fost la nceput de 266 MHz apoi s-a crescutla 300, 333, 400 i 500 MHz.

2.6.9. Microprocesorul Pentium III

Principala caracteristic a procesorului Pentium III este frecvena superioar, 800MHz pn la 1.5 GHz i o memorie cache de nivel 2 de 256 KB integrat pe chip.Acesta a aprut n 1999 i a constituit un mare succes comercial. Pentium IIIintroduce extensia SSE (Streaming SIMD Extension) care utilizeaz modul deexecuie SIMD prezent la MMX i pentru numere n virgul mobil. Extensia SSEfurnizeaz un nou set de 128 registre capabile s memoreze patru numere n virgulmobil simpl precizie i s le prelucreze simultan.

2.6.10. Microprocesorul Pentium IV

n anul 2001, apare Pentium IV care are cteva avantaje comparativ cu predecesoriisi: viteza sporit a memoriilor cache de nivel 1 i 2, execuia instruciunilor deadunare n jumtate de tact de ceas. Frecvena de lucru a acestui procesor ajunge

pn la 3,4 GHz.Principalele caracteristici ale microprocesorului Pentium IV sunt:

implementeaz arhitecturaNetBurst SSE2 (Streaming SIMD Extension 2) Dispune de o magistral sistemIntel NetBurstcare opereaz la 400 MHz: Ofer suport pentru tehnologiaHyper-Threading; Este compatibil cu restul microprocesoarelor Intel;

Microprocesorul Intel Pentium IV introduce extensiile SSE2 care ofer ocretere remarcabil a performanelor comparativ cu tehnologiile MMX i SSE.

02:30

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

30/139

30

SSE2 furnizeaz registre de 128 bii care pot memora patru numere n virgulamobil simpl precizie sau dou n dubl precizie. De asemenea aceste registre potlucra i cu numere ntregi. n plus fa de noile instruciuni SIMD pe 128 de bii,Pentium IV aduce mbuntiri altor 68 de instruciuni care lucrau cu registreleMMX de 64 de bii. Aceste instruciuni pot opera acum i cu date memorate nregistrele de 128 de bii SSE2. Pentium IV furnizeaz dezvoltatorilor de programe

posibilitatea de a obine performane nalte n aplicaiile tiinifice/inginereti i naplicaiile multimedia cele mai diverse: grafic 3-D, codificare/decodificare video,recunoaterea vorbirii.

Pentru a crete viteza de procesare i utilizarea memoriei cache, extensiaSSE2 ofer noi instruciuni care permit programatorilor s controleze modul n caredatele sunt meninute n memoria cache. Aceste instruciuni furnizeaz posibilitateade a aduce datele nainte de a fi efectiv utilizate. Extensia SSE2 nu cere suportspecial din partea sistemului de operare.

Tehnologia Hyper-Threading mbuntete performanelemicroprocesoarelor n cazul rulrii aplicaiilor ntr-un mediu multi-tasking. Aceasttehnologie permite ca dou fluxuri de instruciuni provenite de la dou procese

diferite s poat fi executate concurent. Din punct de vedere arhiectural, unmicroprocesor care suport tehnologia Hyper-Threadingconst din dou sau maimulte procesoare logice care au propriile registre dar care partajeaz anumiteresurse cum ar fi nucleul de execuie. TehnologiaHyper-Threadinga fost introdus

pentru prima dat la microprocesorul Intel XEON i la Pentium IV care ruleaz lafrecvena de 3,06 GHz sau mai mult.

2.6.11. Microprocesorul Intel Core Duo

Un procesor dual-core Intel are dou nuclee de execuie separate dar incluse pe

acelai cip i care ruleaz la aceeai frecven. Ambele nuclee mpart acelaidispozitiv fizic i aceleai interfee cu chipset-ul i memoria. Totui, ele pot operaca nuclee distincte de execuie. Procesarea dual-core este una dintre metodele de afurniza performan n timp ce se balanseaz cerinele de putere i const nadugarea mai multor resurse procesorului i nu n creterea frecvenei acestuia.Procesorul Intel dual-core este o evoluie a tehnologiei Hyper-Threadingintrodusnc de la Pentium IV. Att tehnologia HT, ct i un procesor dual -core permitrularea mai multor aplicaii concepute pentru a exploata procesele multiple, dardual-core aduce mai multe resurse i putere de procesare n cadrul PC-ului, deci o

putere de calcul mai mare.Procesorul Intel Core Duo are n componena sa 150 milioane de tranzistori i omemorie cache de 2MB. Frecvena de lucru a procesorului poate atinge 2.33-2.50GHz.

2.6.12. Microprocesorul Intel Core 2

Intel Core 2 este succesorul lui Intel Core Duo i a fost lansat pe pia la jumtateaanului 2006. Este un procesor pe 64 de bii i prezint o memo rie cache mai maredect predecesorul su, i anume de 4MB. El are n componen dou nuclee decalcul.

Core 2 a reunit segmentul de procesoare mobile al lui Intel reprezentat de PentiumM, cu segmentul de procesoare ieftine pentru desktop (Pentium IV) ntr-o singurlinie de produse. Procesoarele Intel Core 2 beneficiaz de arhitectura x86-64 cu set

02:40

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

31/139

31

de instruciuni pe 64 de bii, Virtualization Technology (tehnologie de virtualizare),Execute Disable Bit (tehnologie prin care procesorul separ spaiul de memorie

pentru a stoca buci de cod i date) i SSE 3 (Streaming SIMD Extensions 3),Trusted Execution Technology (tehnologie folosit pentru reducerea atacurilorsoftware iniiate pentru furtul informaiei), Enhanced Speed Step (permitemodificarea dinamic a ceasului procesorului) i Active Management Technology

(iAMT2).

2.6.13. Microprocesoare Intel Core i7/i5/i3

Procesoarele Core i7/i5/i3 sunt create pe baza celor mai recente microarhitecturiintroduse de Intel si anume Sandy Bridge i Nehalem.Arhitectura NehalemPrimul procesor ce implementeaz arhitectura Nehalem a fost procesorul Core i7,lansat n noiembrie 2008, fiind creat pe baza tehnologiei de 45 nanometri (nm).Acesta a fost succesorul celui cu arhitectura Core. Fa de predecesorul su,

procesorul Core i7 reintroduce tehnologia Hyper-Threading i prezint al treileanivel de memorie cache, L3 cache (4-12 MB). El are n componen 2, 4 sau 8nuclee. Procesorul Core i7 mai beneficiaz de controlerul de memorie integrat cesuporta memorii DDR3 SDRAM (double data rate type three synchronous dynamicrandom access memory) cu un voltaj de 1.65V si o frecventa nominala maxima de1333MHz, GPU (Graphics Processing Unit) integrat, 64KB L1 cache i 256KB L2cache.

Arhitectura Sandy BridgeIn 2011, Intel lanseaz o nou generatie de procesoare Core i7/i5/i3 pe baza uneinoi arhitecturi numit Sandy Bridge.

Procesorul ce implementeaz arhitectura Sandy Bridge este succesorul celui cuarhitectura Nehalem, menionat anterior. Primul processor bazat pe aceastarhitectur a fost lansat n ianuarie 2011 i a fost creat folosind tehnologia de 32nm, ceea ce a permis un numar de 55 milioane de tranzistori intr-un nucleu.Aceasta tehnica, mpreuna cu alte progrese realizate, ajuta la cresterea vitezeicomputerului, diminundu-i n acelasi timp consumul de energie.Similar cu Nehalem, procesoarele Sandy Bridge utilizeaz 64KB L1 cache, 256KBL2 cache i L3 cache de pn la 12MB.

Noile procesoare Intel Core i3, i5 i i7 includ i tehnologia Intel Turbo Boostmbuntit, aceasta permind realocarea n mod automat a nucleelor i resurselor

pentru grafic ale procesoarelor, rezultnd astfel un nivel de performan crescut.Procesorul grafic integrat este imbuntit fat de generatia anterioara folosind 12unitati de executie si o frecventa nominala de 650850 MHz ce se poate ridicaautomat pana la un maxim de 1100 MHz, respectiv 1350MHz, in functie dencrcare.Procesoarele Sandy Bridge introduc setul de intructiuni AVX (Advanced VectorExtensions), o formavansat a extensiei SSE (Streaming SIMD Extensions) ceeace ajut foarte mult n aplicatii ce folosesc predominant operaii cu numere nvirgul mobil.

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

32/139

32

2.7. Rezumat Microprocesorul reprezint un dispozitiv electronic capabil s interpreteze

i s execute un set prestabilit de comenzi. Elementele arhitecturii unui calculator sunt: unitatea central de prelucrare

(UCP), memoria principal, magistralele i dispozitivele periferice deintrare/iesire.

UCP este alctuit din: unitatea de control, unitatea aritmetico-logic i unset de registre.

Funcia de baz a unitii de control este de a extrage instruciunile dinmemorie i a le decodifica.

Unitatea aritmetico-logic are rolul de a executa operaiile necesarendeplinirii instruciunilor programelor.

Registrele reprezint memorii de dimensiuni mici, foarte rapide, situate ninteriorul procesorului n care se pstreaz codul instruciunilor, datele de

prelucrat, rezultatele prelucrrilor etc. Cele mai importante registre ale unui procesor sunt: contorul de program

(PC), registrul de instruciuni (IR), registrul acumulator i registrul de stiv. Magistrala de memorie asigur conexiunea dintre memoria calculatorului i

microprocesor, fiind compus din dou pri distincte:magistrala de date imagistrala de adrese.

Calea de date a unui procesor cuprinde: unitatea aritmetico-logic, setul deregistre ale procesorului i o serie de magistrale interne care fac legturantre registre i unitatea aritmetico-logic.

2.7. Test de autoevaluare a cunotinelor(timp necesar : 20 minute)

1) Care sunt elementele componente ale unitii centrale de prelucrare (UCP)?2) Ce reprezint un registru?3) Care este rolul unitii de interfa cu magistrala (UI)?4) Explicai cum este utilizat memoria cache de nivel 1.5) Identificai nivelele diferite ale memoriei cache.6) Explicai rolul magistralei de date i cum se caracterizeaz aceasta.7) Ce ntelegei prin noiunea de tact sau ciclu de ceas?8) Care sunt modalitile prin care a fost introdusparalelismul la nivel de

instruciune n structura funcional a procesoarelor ?9) Care este caracteristica de baz a procesoarelor superscalare?10)Care sunt arhitecturile pe baza crora au fost create procesoare Intel Core i3,

i5 i i7?

Rspunsuri:

1) UCP este alctuit din: unitatea de control, unitatea aritmetico-logici unset deregistre.

2) Registrul reprezint o memorie foarte rapid a procesorului, de dimensiunefoarte mic, n care se pstreaz codul instruciunilor, datele de prelucrat,rezultatele prelucrrilor etc.

3) UI asigur legtura dintre procesor i celelalte componente ale calculatoruluindeplinind funcia de transfer de date de la/spre procesor.4) Memoria cache de nivel 1 este o zon de memorie de dimensiune mic, devitez foarte ridicat, montat direct pe chip-ul procesorului, avnd rolul de

02:50

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

33/139

33

a stoca datele i instruciunile recent folosite sau care urmeaz a fi folositeimediat.

5) Pe lng memoria cache de nivel 1, mai exist nc dou tipuri de memoriecache: memoria cache de nivel 2 (L2 cache) i memoria cache de nivel 3(L3 cache).

6) Magistrala de date asigur transferul datelor n interiorul calculatorului, fiindcaraterizat prin lime i vitez. Lrgimea de band a magistralei de date iviteza acesteia au o contribuie deosebit n stabilirea performanelor unuisistem de calcul.

7) Un tact sau ciclu de ceas este cea mai mic unitate de msur nactivitatea de procesare desfurat de microprocesor. Frecvena de tact aceasului determin viteza cu care se desfoar activitile n interiorul PC-ului.

8) Paralelismul la nivel de instruciune a fost introdus fie prin utilizareametodei de prelucrare n band de asamblare (pipeline), fie prin folosireamai multor uniti funcionale care lucreaz simultan (procesoaresuperscalare).

9) Caracteristica de baz a procesoarelelor superscalare const n faptul casunt capabile s execute mai multe instructiuni simultan.

10)Procesoarele Core i7/i5/i3 sunt create pe baza celor mai recente arhitecturiintroduse de Intel si anume Sandy Bridge i Nehalem.

2.8. Test de evaluare a cunotinelorA. Descrieti elementele componente ale UCP.B. Cum se poate menine ordinea secvenial a execuiei instruciunilorn cazul

procesoarelor superscalare?

2.9. Tem de controlRealizai un referat cu titlul Procesoare pipeline versus procesoare

superscalare.

2.10. Bibliografie1. Bogdan Oancea Tehnologia informaiei i comunicaiilor, Editura Artifex,Bucureti, 2008.2. Gheorghe Dodescu, Adrian Vasilescu, Bogdan Oancea - Sisteme de operare -Unix i Windows,Editura Economic, Buc., 20033. Gheorghe Dodescu, Bogdan Oancea, Mdlina Rceanu Procesare

paralel, Editura Economic, Bucureti, 20034. Gheorghe Dodescu, Floarea Nstase Sisteme de calcul i operare, edituraEconomic,Bucureti, 2002

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

34/139

34

UNITATEA DE NVARE 3. MEMORIA

Cuprins3.1. Obiective3.2. Competenele unitii de nvare

3.3. Memoria intern(principal)3.4. Memoria extern (secundar)3.5. Rezumat3.6. Test de autoevaluare a cunotinelor3.7. Test de evaluare a cunotinelor3.8. Bibliografie

3.1. Obiectiven aceast unitate de nvare se vor prezenta principalele tipuri de memorii ale

calculatorului precum si modul cum se reprezint datele ntr-un calculator electronic.

3.2. Competenele unitii de nvareDup parcurgerea unitii vei fi n msur s rspundei la ntrebrile:

Cum se reprezint datele ntr-un calculator electronic; Ce indic adresa unei locaii de memorie; Care este definiia unui hard disk i cum se poate msura performana acestuia.

Durata de parcurgere a acestei uniti de nvare este de 3 ore.

3.3. Memoria internUnitatea de memorie reprezint ansamblul format din mediul de memorare

mpreun cu circuitele electronice care controleaz i comand buna funcionare amemoriei. Rolul memoriei interne (principale) este acela de a stoca programele idatele. Trebuie subliniat faptul c, un program, pentru a putea fi executat demicroprocesor trebuie s fie ncrcat n memoria principal. Execuia unui programdecurge conform urmtoarei secvene de etape:

1. este selectat o instruciune a programului care se afl n memorie;2. aceast instruciune selectat este adus n interiorul microprocesorului;3. se execut instruciunea;4. se repet toate aceste etape cu restul instruciunilor ce alctuiesc programul.

Deci, prima condiie pentru a executa un program este aceea ca el s fiencarcat n memoria principal.

Dac lum n considerare posibilitatea modificrii coninutului, memoriacalculatoarelor se mparte n:

memorie de tip RAM (Random Access Memory); memorie de tip ROM (Read Only Memory).

Coninutul informaional al memoriei ROM nu poate fi modificat i nici nu sepierde odat cu ntreruperea alimentrii cu tensiune electric. Memoriile ROM suntscrise de ctre productorii calculatoarelor i ele conin programe cu funcii speciale.

De regul, memoriile ROM se utilizeaz pentru BIOS (Basic Input Output System) -acesta este un program special care are rolul de a testa toate componentelecalculatorului la pornire i de a gestiona operaiile de intrare-ieire. Memoria ROM are

00:00

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

35/139

35

o capacitate limitat, de obicei sub 1MB. Exist diverse variante de memorii ROMcare prin procedee speciale pot fi scrise i rescrise. Dintre aceste variante amintim:

memoriile PROM (Programmable Read Only Memory) - pentru a nscrieinformaia dorit ntr-o memorie PROM se utilizeaz un dispozitiv numit

programator de PROM; memoriile EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - este un tip

de memorie ROM ce poate fi scris de mai multe ori cu ajutorul unordispozitive cu raze ultraviolete;

memoriile EEPROM (Electrically Erasable PROM) - la aceste memoriitergerea i scrierea se realizeaz prin metode electrice.

Memoria RAM este o memorie ce poate fi citit i scris de ctre dispozitivelecalculatorului i este o memorie volatil, adic i pierde coninutul odat cu oprireaalimentrii electrice a calculatorului. Memoria principal a calculatorului este omemorie de tip RAM. Din punct de vedere al modului cum este construit, memoriaRAM poate fi:

static - SRAM; dinamic DRAM.

Memoria static are ca element constructiv circuitul basculant bistabil avnd labaz tranzistoare. Circuitul basculant bistabil este un circuit construit cu ajutorultranzistoarelor i poate avea dou stri stabile. Aceste stri sunt asimilate cu 0 logicrespectiv cu 1 logic. Memoria static este foarte rapid dar i foarte scump. Preulridicat al ei conduce la limitarea capacitii i din acest motiv memoria RAM staticeste utilizat n special la construirea memoriei cache.

Principiul memoriei RAM dinamice const n nlocuirea tranzistoarelor printr-un condensator. Memorarea informaiei se obine astfel prin prezena sau absenasarcinii electrice pe condensator. Deoarece n timp condensatorul se poate descrca i

prin urmare informaia memorat se pierde, la anumite intervale periodice de timp areloc operaia de remprosptare (refresh) prin care sarcinile de pe condensatoare suntreaduse la valorile lor iniiale. Memoria dinamic este mai ieftin dect memoriastatic deoarece un condensator este mai ieftin dect un circuit basculant bistabil dar imai lent datorit necesitii operaiei de remprosptare. Memoria principal acalculatorului, cea n care se stocheaz datele i programele aflate n curs de execuieeste o memorie RAM dinamic.

Realizai o analiz comparativ a tipurilor de memorii.

Poate fi schimbat coninutul unei memorii ROM? Dar RAM?.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

7/28/2019 603 Curs ID BazeleInformaticii 3969

36/139

36

3.3.1. Codificarea informaiilor n memoria intern

Unitatea elementar de memorare a informaiei este cifra binar numit bit. Un bitpoate memora cifra 0 sau 1. Sistemul binar de memorare a informaiei a fost alespentru reprezentarea datelor n calculator deoarece el este foarte eficient. n memoria

calculatorului informaia numeric este pstrat prin distincia care se face ntre douvalori ale unei mrimi fizice continue cum ar fi de exemplu tensiunea electric. Cu ctnumrul de valori distincte este mai mare, cu att nivelul de separaie ntre valoriconsecutive este mai redus i memoria este mai puin sigur. Deoarece sistemul binarlucreaz doar cu dou cifre, 0 i 1, el reprezint cea mai sigur metod pentrucodificarea informaiei.Exist anumite calculatoare care dispun att de artimetic binar ct i zecimal. Acestlucru este realizat folosind un cod denumit BCD (Binary Coded Zecimal) careutilizeaz cte 4 bii pentru a memora o cifr zecimal. Cu ajutorul a 4 bii se pot face16 combinaii distincte, iar dintre acestea sunt utilizate doar 10 pentru a memoracifrele de la 0 la 9, restul rmnnd neutilizate.

Exemplu

Drept exemplu, mai jos este prezentat numrul 3216 folosind 16 bii att n cod BCD,n partea stng, ct i codificat binar, n partea dreapt:

0011 0010 0001 0110 0000110010010000

n format BCD, utiliznd 16 bii se pot memora numerele de la 0 la 9999, deci n total10000 de combinaii. n format binar pur, cu 16 bii se pot forma 65536 (adic 216)combinaii diferite. Acesta este un alt motiv pentru care formatul binar este mai

eficient.Memoria este alctuit dintr-un numr de celule sau locaii de memorie. Aceste

locaii memoreaz un anumit numr de bii. Fiecare locaie are o adres prin careprogramele se pot referi la coninutul ei. Dac ntreaga memorie are nlocaii (celule),atunci ele vor avea adresele cuprinse ntre 0i n-1. Trebuie s facem distincia clarntre adresa unei locaii de memorie i coninutul acesteia: a