ARHITECTURA GENERALA A SISTEMULUI ELECTRONIC DE CALCUL

Arhitectura generala a sistemului electronic de calcul

1. Notiuni generale

Un sistem electronic de calcul este o masina automata de prelucrare a informatiei capabila sa execute secvente complexe de operatii cu ajuorului unui program inregistrat in memoria principala.

Un sistem electronic de calcul (S.E.C) - denumit in mod curent calculator, reuneste din punct de vedere fizic si functional doua componente de baza:

componenta hardware

componenta software

Componenta hardware reprezinta ansamblul elementelor fizice, care compun calculatorul electronic: circuite electrice, componente electronice, dispozitive mecanice si alte elemente materiale ce intra in structura fizica a calculatorului electronic care au rolul de a primii date, de a le memora, de a le prelucra si de a le reda intr-o forma accesibila utilizatorului. Hardware-ul este controlat de software in procesul transformarii datelor in informatii. Componentele hardware sunt asamblate fizic pentru a indeplini anumite functii de baza ale calculatorului:

functia de introducere a datelor si programelor in sistem (functia de intrare);

functia de memorare si regasire a datelor;

functia de prelucrare a datelor, cunoscuta si sub denumirea de functia aritmetica si logica;

functia de comanda si control

functia de afisare a mesajelor si rezultatelor (functia de iesire).

Componenta software cuprinde totalitatea programelor, reprezentand 'inteligenta calculatorului', prin care se asigura functionarea si exploatarea sistemului de calcul. Prin intermediul acestor programe, utilizatorul are posibilitatea de a comunica cu sistemul de calcul, introducand date, programe si comenzi, primind rezultatele prelucrarii si diverse mesaje. O parte din date, rezultate sau programe pot fi memorate pentru prelucrari ulterioare.

Componentele hardware ce formeaza arhitectura unui sistem electronic de date sunt:

unitatile de intrare-iesire

unitatea centrala care cuprinde:

unitatea de comanda-control;

unitatea de memorare;

unitatea aritmetico-logica

Unitatile de intrare - iesire se mai numesc si unitati periferice. La calculatoarele personale, unitatea standard de intrare este reprezentata de tastatura, iar unitatea de iesire este monitorul.

Schematic, arhitectura unui sistem electronic de calcul se prezinta astfel:

Configuratia sistemului de calcul desemneaza, multimea tuturor componentelor concret asamblate si conectate pentru a realiza un sistem de calcul, privite din punct de vedere al caracteristicilor tehnice si

functionale.

2. Arhitectura unitatii centrale

Unitatea centrala este compusa din binomul format pe placa de baza reprezentat de microprocesor si memoria interna.

Microprocesorul

Microprocesorul reprezinta elementul de baza al unui calculator. Acesta este un set de circuite integrate plasate intr-o pastila de siliciu.

Ca imagine, microporcesorul se prezinta astfel:

In cadrul unui procesor colectiile de tranzistori (de ordinul milioanelor) ce formeaza diferitele circuite integrate sunt grupate in urmatoarele componente de baza:

unitatea de comanda - control;

unitatea artimetico - logica;

setul de registrii ai procesorului;

magistralele procesorului

Unitatea de comanda control

Unitatea de comanda control prelucreaza o singura categorie de informatii si anume instructiunile progamului care se afla in curs de executie. De asemenea, asigura si schimbul de informatii intre componentele unui calculator.

Unitatea de comanada control se compune din urmatoarele elemente:

Contorul ordinal (numit si controller-ul de adrese) - furnizeaza si memoreaza adresa de memorie de unde se va extrage urmatoarea instructiune de executat. Respectiva cerere de furnizare a adresei de memorie circula prin intermediul magistralei de adrese.

Registrul de instructiuni - are rolul de a stoca instructiunea aflata in curs de executie care tocmai a fost extrasa din memorie

Decodorul de functiuni - este singurul circuit capabil sa recunoasca functia definita de instructiunea de executat. Acesta este propriu fiecarui tip de procesor.

Ceasul intern - este un circuit electronic care distribuie regulat impulsuri pentru sincronizarea diferitelor operatiuni elementare ce se efectueaza in timpul derularii unei instructiuni.Frecventele distribuite de ceasul intern se masoara in megaherti.

Circuitele de comanda - permit efectuarea unei anumite actiuni asupra unitatilor comandate dupa ce s-au format diferite comenzi corespondente operatiunilor elementare

Unitatea aritmetica si logica  

Mai este numita si unitatea de calcul. Este capabila sa prelucreze informatia prin calculele matematice si functiile logice pe care le executa.

Unitatea aritmetico - logica contine doua circuite specializate in procesarea datelor, si anume:

dispozitivele de lucru - prelucreaza datele sub forma operatiilor aritmetice (de adunare, scadere, inmultire, impartire) si logice (teste, ramificari ale executiei in functie de precizarea unor conditii de indeplinit si iteratii - un numar de reluari ale prelucrarilor.

dispozitivele de stocaj intermediar - permite inregistrarea la fiecare operatie, a operanzilor si a rezultatelor intermediare.

Setul de registrii ai procesorului

Registrii reprezinta un set de pozitii binare in care se pot stoca informatii in timp ce procesorul lucreaza cu ele. Principalii registrii sunt:

registrii de acumulare - in care se fac toate calculele si se stocheaza rezultatele intermediare si finale;

registrii de index si de segment - care permit o adresare relativa a unei zone de memorie care ajuta la recunoasterea drumului de parcurs prin memoria RAM a sistemului pentru a se cauta o instructiune ce urmeaza a fi activata conform logicii programului in curs de executie;

Registrul pointer-ului de instructiune - memoreaza pozitia pointer-ului in cadrul derularii programului aflat in curs de executie;

registrii de stare - care contin indicatori ce descriu starea microprocesorului dupa executia unei instructiuni;

registrii de stiva - care gestioneaza si manipuleaza informatiile continute in stiva calculatorului. De exemplu, trecerea de la un program la altul in timpul derularii acestora se face prin memorarea informatiilor legate de starea primului program si trecerea la cel de-al doilea.

Magistralele procesorului

Cunoscute si sub denumirea de magistrale de comunicatie sau BUS-uri, acestea reprezinta trasee informationale prin care circula unidirectional sau bidirectional informatii intre diferite componente ale calculatorului. Magistralele de comunicatie, in functie de amplasarea lor, pot fi:

Interne - asigura schimbul de informatii intre contorul ordinal, decodorul de functiuni, registrii, etc. Viteza de furnizare a informatiilor este aceeasi cu cea a microprocesorului;

Externe - se gasesc sub forma de trasee electrice gravate pe placa de baza. Se pot identifica mai multe magistrale externe, si anume:

Magistrala procesorului - permite transportul de informatii intre procesor, memoria interna si memoria cache.

Magistrala de intrari/iesiri - numita si magistrala sistem sau principala, fiind o extensie a magistralei procesor, ce permite vehicularea informatiilor pentru facilitarea schimburilor de date intre unitatea centrala si perifericele instalate.

Legaturile dintre cele doua tipuri de magistrale externe (magistrala procesorului si magistrale de intrari/iesiri) se realizeaza prin intermediul circuitului cipset care reprezinta interfata dintre procesor si memoria interna. Magistrala procesorului care face legatura intre cipset si memoria interna mai este cunoscuta si sub denumirea de magistrala de memorie.

In cadrul magistralei procesor se identifica urmatoarele tipuri de magistrale:

Magistrala de comenzi - reprezentata de traseul bidirectional prin care circula ordine ce provin de la microprocesor, semnale de sincronizare cu memoria interna, semnale ale ceasului intern;

Magistrala de adrese - este folosita in tranzactiile procesorului cu memoria printr-un traseu unidirectional prin care circula de fapt adresele de memorie unde vor fi localizate instructiunile unui program aflat in curs de executie;

Magistrala de date - reprezinta un ansamblu de 16,32,64 de cai de comunicatie paralele prin care se transmit datele care merg sau se intorc de la microprocesor. Face practic legatura intre microprocesor si memoria interna. Prin aceasta magistrala circula:

q    instructiuni cautate in memorie

q    date care provin de la o unitate interna

q    date intermediare destinate sa ramana in memorie

q    date care pleaca spre o unitate de iesire

Caracteristicile de baza ale magistralei procesor:

lungimea de banda - cu cat este mai lata cu atat se pot transfera mai multi biti simultan, deci mai multa informatie.

viteza de circulatie a datelor pe magistrala - cu cat este mai mare cu atat procesorul poate prelucra o cantitate mai mare de informatii

Parametrii microporcesorului

Parametrii de baza ai microprocesorului sunt:

viteza de lucru

capacitatea maxima de memorie pe care o poate adresa

setul de instructiuni pe care-l poate executa

articularea configuratiei intr-o arhitectura multiprocessor

Viteza de lucru - depinde de :

a.     frecventa ceasului intern - intervalul de transmitere al impulsurilor pentru sincronizarea diferitelor operatiuni elementare ce au loc in microprocesor la executarea unei instructiuni. Frecventa ceasului intern se masoara in MHz sau GHz. La un puls se pot executa una sau mai multe instructiuni;

b.     frecventa ceasului extern sau sistem - influenteaza viteza microprocesorului prin intermediul unui factor multiplicator al frecventei placii de baza. Altfel spus, viteza microprocesorului este viteza placii de baza multiplicata cu un anume factor - procedeu numit overclocking. Factorii de multiplicare pot fi: 1.5X,  2X, 2.5X, 3X, ;

c.      dimensiunea registrilor microprocesorului - cu cat dimensiunea registrilor este mai mare, cu atat capacitatea de stocare in procesor creste. Altfel spus, la un puls al ceasului volumul datelor transferate este mai mare. Dimensiunile standard pentru registrii interni ai microporcesorului sunt: 8, 16, 32, 64 biti;

d.     largimea de banda a magistralelor de comunicatie - cu cat este mai mare cu atat fluxul bitilor vehiculati intre procesor si memorie este mai mare;

e.      Timpul si capacitatea de calcul a coprocesorului matematic - cat de repede se fac aceste calcule matematice in asa fel incat rezultatele sa fie corecte, respectiv cate calcule se pot face simultan fara a denatura rezultatul;

f.      Existenta memorie cache si marimea acesteia - are o importanta deosebita, deoarece are o influenta pozitiva asupra vitezei de prelucrare a datelor in sensul micsorarii timpilor de asteptare ai procesorului la preluarea din memoria interna a informatiilor solicitate. Exista cache-ul primar si cache-ul secundar;

g.     Tehnologia de miniaturizare a tranzistorilor - Microprocesorul este traversat de un curent electric cu un voltaj redus, ce reflecta de fapt un schimb de sarcina electrica intre multimea de tranzistori (de ordinul milioanelor) existenti intr-un microprocesor. Conform legilor fizicii, se genereaza o caldura. Atunci cand temperatura creste comportamentul procesorului se schimba, iar materialul semiconductor din care este formata pastila de siliciu, nu mai conduce sistemul electric, blocand-se activitatea microprocesorului;

h.     Sistemul de operare si aplicatiile informatice utilizate - si partea de soft are o influenta asupra vitezei microprocesorului. Este bine ca atunci cand sistemul hardware este pe 32 biti sa se foloseasca si un sistem de operare creat tot pe 32 biti. Pe piata exista si sisteme hardware pe 64 biti.

Capacitatea de adresare a memoriei interne - un procesor nu poate accesa o cantitate infinita de memorie, ci numai cantitatea maxima impusa de procesul sau constructiv. Cantitatea maxima de memorie ce poate fi accesata de un microprocesor este numita memorie maxima adresabila.

Setul de instructiuni pe care microprocesorul il poate executa - exista 2 tipuri de arhitecturi, si anume:

arhitectura CISC (Complex Instruction Set Computing) - ce implementeaza intr-un cip, si anume in decodorul de functiuni al unitatii de comanda control, un numar mare de instructiuni-procesor de baza (aproximativ 400) capabile sa rezolve sarcinile instructiunilor de program aflat in executie.

arhitectura RISC (Reduced Instruction Set Computing) - ce implementeaza un set redus de instructiuni capabile sa rezolve sarcinile instructiunilor de program aflat in executie. Pentru ca numarul de instructiuni este mai mic microprocesorul va rula mai repede, deoarece pentru a rezolva o sarcina acesta se foloseste de un numar mai mic de instructiuni pe care le combina mult mai repede.

Articularea configuratiei intr-o arhitectura multiprocesor - presupune existenta si conlucrarea mai multor procesoare in aceeasi unitate centrala. Aceasta este indeosebi intalnita la servere WEB si pe statiile de lucru pentru aplicatii 3D sau CAD.

Memoria interna

3.1 Notiuni generale

Memoria interna este o componenta pasiva care pastreaza pe durata prelucrarii atat programele care se executa cat si datele de care acestea au nevoie. Microprocesorul care este componenta activa ce realizeaza efectiv prelucrarea datelor initiaza un permanent schimb de informatii cu memoria interna. El preia succesiv instructiunile de program, solicita si datele aferente, iar rezultatele se depun tot in memoria interna de unde sunt ulterior afisate sau stocate pe medii magnetice.

Atat datele, cat si instructiunile ce compun programele sunt alcatuite din punctul de vedere extern al utilizatorului din litere, cifre si caractere speciale. Pentru a putea fi memorate si prelucrate de calculator ele trebuie convertite in cod binar. Codul binar foloseste numai doua simboluri pentru reprezentarea informatiilor si anume cifrele 1 si 0. O cifra binara care poate avea numai doua valori 1 sau 0 se numeste BIT, prescurtarea de la binary digit.

Pentru a codifica oricare din cifrele de la 0 la 9 cu care opereaza sistemul de numeratie zecimal ar fi de ajuns 4 cifre binare. Dar pentru ca trebuie codificate deopotriva si literele alfabetului si caracterele speciale, operatorii aritmetici, parantezele, virgula, punctul etc. s-a convenit sa se foloseasca un sir de 8 pozitii binare.

Un sir de 8 biti se numeste byte. Bitul se boteaza cu "b" iar byte-ul cu "B". Nevoia de standardizare a impus pe plan mondial un sistem de codificare binara a datelor, cifre, litere, caractere speciale, pe 8 biti denumit ASCII - American Standard Code for Information Interchange.

S-a recurs la reprezentarea binara a datelor datorita componentelor electronice care puteau mentine numai doua stari stabile, stari care au fost asociate valorilor 1 si respectiv 0. Matematica prin Charles Boole si cunoscuta sa algebra booleana a constituit suportul logic al calcululelor cu numere binare.

Tehnologia de realizare a memoriilor interne pentru stocarea informatiilor binare a evoluat de la primele circuite basculante bistabile CBB realizate cu tuburi electronice la memorii cu toruri de ferita si acum la circuite integrate sofisticate CMOS - Complementary Metal on Siliciu.

Progresul tehnologic s-a reflectat prin cresterea capacitatii de stocare si a vitezei de lucru a circuitelor de memorie. Capacitatea de memorare foloseste urmatoarele unitati de masura:

1 Kilobyte = 1024 bytes (2¹⁰ bytes)

1 Megabyte = 1024 Kb (2¹⁰ kilobytes) = 2²⁰ bytes

1 Gigabyte = 1024 Mb (2¹⁰ megabytes) = 2³⁰ bytes

1 Terabyte = 1024 Gb (2¹⁰ gigabytes) = 2⁴⁰ bytes

1 Pentabyte = 1024 Tb (2¹⁰ terabytes) = 2⁵⁰ bytes

1 Exabyte = 1024 Pb (2¹⁰ petabytes) = 2⁶⁰ bytes

1 Zettabyte = 1024 Eb (2¹⁰ exabytes) = 2⁷⁰ bytes

1 Yottabyte = 1024 Zb (2¹⁰ zettabytes) = 2⁸⁰ bytes

Pentru a manipula cu mai multa operativitate numerele mari si codurile instructiunilor complexe de program, s-a introdus termenul de cuvant de memorie - word, cu variantele: semicuvant - halfword si dublu cuvant - double word.

Primele PC-uri au fost proiectate pentru a lucra cu cuvinte de 8 biti, apoi s-a trecut la cuvantul de 16 biti, apoi s-au generalizat tehnologiile pe 32 de biti si pe 64 de biti.

Extinderile multimedia (MMX - Multimedia Extensions) utilizate de microprocesoarele Intel si AMD au introdus suplimentar patru tipuri de date ce se prelucreaza pe 64 de biti:

byte impachetat prelucrat in grupuri de cate opt;

cuvant impachetat ce se prelucreaza in grupuri de cate patru;

dublu cuvant impachetat a carui prelucrare se realizeaza in grupuri de cate doua;

cuvant quadruplu.

Principial memoria interna o putem privi ca o succesiune adiacenta de celule de memorie, fiecare celula avand proprietatea de a memora un byte. Fiecare celula are o adresa unica care este un numar natural incepand cu zero. Adresele de memorie servesc pentru identificarea directa si rapida a oricarei celule si implicit a oricarei instructiuni sau operand prezent in memorie. Unii autori mai folosesc si termenul de locatie de memorie in loc de celula de memorie.

Memoria sistemelor de calcul este caracterizata de urmatorii parametrii:

q    capacitatea - reprezinta numarul maxim de bytes pe care ii poate stoca memoria la un moment dat; capacitatea se exprima in multiplii de bytes: KB, MB, GB, TB;

q    timpul de acces - reprezinta intervalul de timp dintre solicitarea unei date/informatii din memorie si obtinerea ei:

Δt = t2 - t1 unde

Δt - timpul de acces

t1 - momentul solicitarii unei date/informatii din memorie

t2 - momentul obtinerii datei/informatiei solicitate

q    rata de transfer reprezinta numarul de bytes ce se transfera in/din memorie intr-o unitate de timp;

q    modularitatea reprezinta posibilitatea divizarii memoriei in module de memorie cu o anumita capacitate, cu posibilitatea extinderii in functie de configuratie.

Transferul datelor in memorie se numeste scriere, iar extragerea informatiilor din memorie se numeste citire, ambele operatii efectuandu-se sub supravegherea UCP.

Localizarea unei informatii in memorie se realizeaza prin specificarea adresei intr-un registru de adrese. Dupa localizarea adresei in memorie, daca se emite un semnal de scriere, datele continute in registrul de date se transfera in memorie sau daca este o comanda de citire datele continute la adresa specificata sunt aduse in registrul de date. Intervalul de timp necesar unei referiri la memorie se numeste ciclu de memorie (a nu se confunda cu timpul de acces) pe parcursul caruia continutul registrului de adrese ramane nemodificat.

Dispozitivele fizice care alcatuiesc memoria interna trebuie sa indeplineasca anumite cerinte ca :

• sa aiba doua stari stabile in vederea memorarii datelor binare;
• volum si timp de acces cat mai redus;
• pretul pe megabyte cat mai scazut;
• realizare modulara cu posibilitati de extindere.

Aceste dispozitive se construiesc din circuite semiconductoare integrate numite circuite basculante bistabile. Ele sunt plasate pe o pastila de siliciu, care asigura o mare densitate pe unitatea de volum.

Din punct de vedere functional, deci al rolulului pe care-l indeplinese in functionarea sistemului, memoria interna se divide in urmatoarele categorii:

• memoria RAM:
• memoria ROM;
• memoria Cache;
• memoria CMOS;
• memoria video.

Memoria RAM

Memoria RAM este o memorie cu acces direct realizata din module (cipuri) de diverse capacitati. Este o memorie volatila de mare capacitate in care utilizatorul, de fapt programele acestuia, au dreptul de a scrie si ulterior de a citi date. Ea este memoria de lucru curenta. Daca dorim sa pastram datele din aceasta memorie pentru a le utiliza si dupa inchiderea calculatorului, ele trebuie salvate, adica memorate pe un suport de memorie externa, hard disc sau floppy disc, de exemplu.

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

• DRAM (Dynamic Random Access Memory);
• SRAM (Static Random Access Memory).

Memoria DRAM este o memorie al carei continut se pierde daca prin semnalele de comanda nu se specifica reincarcarea celulelor cu un anumit continut. Aceasta operatie se numeste "reimprospatarea memoriei" (refreshing memory). Reimprospatarea memoriei consta in recitirea la intervale prestabilite a datelor din memorie si reinscrierea lor la aceleasi adrese. De exemplu, un cip de 8 MB necesita reimprospatarea continutului la fiecare 32 de milisecunde.

Memoria SRAM este o memorie care pastreaza continutul celulelor binare fara prezenta impulsurilor de reimprospatare. Pentru a face dintr-o memorie DRAM o memorie SRAM, ar fi necesar un simplu comutator pentru a bascula intre transferul semnalelor electrice sau pastrarea lor (circuite flip- flop).

Memoria CMOS

Memoria CMOS este o mica zona din memoria RAM care are un circuit de alimentare separat de la un acumulator cu litiu. Datorita acestuia informatia din memoria CMOS se va pastra si dupa ce se opreste calculatorul. Din acest motiv memoria CMOS se comporta ca o memorie permanenta, nevolatila. Avantajul sau esential consta in aceea ca informatiile inscrise aici se pot actualiza oricand este nevoie prin folosirea unui mic program al sistemului de operare numit SETUP. In memoria CMOS se introduc o serie de parametrii si informatii de control ca de exemplu: parole, data curenta si ora, informatii despre setari ale echipamentelor din configuratie etc. Utilizatorii incepatori e bine sa nu umble in Setup.

Memoria ROM

Alaturi de memoria de lucru RAM utilizata pentru executia diverselor aplicatii in curs de executie, calculatoarele personale dispun de circuite de memorie care pastreaza programe necesare pentru functionarea sistemului, programe ce nu-si modifica de regula, continutul. Aceste programe speciale sunt pastrate intr-o memorie nedistructibila numita memorie ROM (Read Only Memory). Informatiile din memoria ROM sunt destinate numai citirii, deci nu pot fi modificate sau sterse. Rolul acestei memorii este de a stoca programe cu grad mare de generalitate si o frecventa sporita de utilizare. Plasarea acestor programe in partea de hardware a unui sistem de calcul ofera avantajul vitezei si sigurantei in executie, comparativ cu implementarea lor ca software, care ar avea doar avantajul flexibilitatii.

Initial cipurile ROM au fost realizate ca memorii capacitive (CROS - Capacitive Read Only Storage) si inductive, cu transformatoare (TROS). In prezent se folosesc circuite semiconductoare integrate ce au permis o mai mare flexibilitate in fixarea continutului, chiar eventuale stergeri si modificari ale continutului prin tehnici de laborator.

Dintre variantele de memorii ROM realizate cu elemente semiconductoare integrate se mentioneaza :

PROM (Programmable ROM - memorii ROM programabile) sunt memorii al caror continut nu este fixat din constructie; continutul poate fi inscris dupa dorinta utilizatorului, dar o data ce a fost inscris nu se mai poate modifica sau sterge;

EPROM (Erasable PROM) sunt memorii PROM ce pot fi sterse, dar numai prin procedee speciale utilizand un generator de radiatii ultraviolete;

EEPROM (Electrically EPROM) sunt memorii EPROM care nu necesita surse de radiatii ultraviolete, ci doar un curent de voltaj inalt pentru stergerea continutului; spre deosebire de EPROM, ele nu trebuie scoase din soclurile in care sunt montate pe placa de baza. Daca EPROM trebuia stearsa integral pentru a se reinscrie, EEPROM executa operatia de stergere si rescriere a fiecarui byte in mod independent.

Flash ROM sunt actualele EEPROM dar care folosesc voltajul normal pentru stergerea si reinscrierea continutului (5V sau 3,3V). Stergerea si reinscrierea datelor se poate realiza pentru unul sau mai multe blocuri de memorie, existand posibilitatea ca pentru modificarea anumitor blocuri sa fie solicitat un voltaj mai mare- cum este cazul blocului de boot ce are inclusa protectia anumitor blocuri impotriva stergerilor, bloc ce poate fi modificat numai printr-un voltaj superior.

Exsuta si celule de memorie bazate pe jonctiuni tunel magnetice dispuse pe un substrat de siliciu (MTJ -Magnetic Tunneling Join) pentru realizarea de memorii magnetice MRAM(Magnetic RAM), a caror viteza de citire/scriere este de aproximativ 10 ns. Spre deosebire de DRAM si SRAM care folosesc celule electrice, MRAM utilizeaza celule magnetice ce nu-si pierd continutul odata cu intreruperea alimentarii. Ca performante, MRAM este la fel de rapida ca SRAM si de sase ori mai rapida decat DRAM.

O alta noutate apartine corporatiilor Toshiba si Infineon Technology care au lansat module de memorie FeRAM initial cu o capacitate de 32 MB/modul, tehnologia de elaborare bazandu-se pe construirea celulelor de memorie din materiale feroelectrice. Asemanator memoriilor MRAM, memoriile FeRAM au un continut nevolatil care combina inalta densitate a memoriilor DRAM actuale, cu performantele memoriilor SRAM.

ROM - BIOS

Cea mai importanta parte a programelor de sistem care coordoneaza activitatea PC-ului si furnizeaza servicii esentiale pentru programele de aplicatii, sunt implementate din constructie in memoria ROM, constituind sistemul de intrare/iesire de baza BIOS (Basic Input Output System).

ROM - BIOS-ul contine programe de conversatie cu elementele hardware ale PC-ului. Scopul principal il constituie incarcarea sistemului de operare de pe dispozitivul de initializare si autotestarea componentelor in momentul pornirii PC-ului (dispozitivul de initializare este de obicei hard-disc-ul, CD-ROM-ul sau portul de retea).

De cele mai multe ori, programele continute in ROM-BIOS sunt transferate pentru executie in DRAM care este mai rapida prin tehnica ROM-shadowing.

Cele mai noi tipuri de BIOS incorporeaza facilitati de determinare a configuratiei interne si de alocare a resurselor prin intermediul standardului PnP (Plug and Play- conectare si folosire).

Daca cipurile ROM-BIOS sunt de tip Flash ROM, acestea pot fi inscriptionate prin inlocuirea vechiului continut; in caz contrar, se schimba cipurile de BIOS de pe placa de baza.

Memoria cache

Memoria cache interpune un bloc de memorie rapida SRAM intre microprocesor si un bloc de DRAM. Un circuit special denumit controller de cache incearca sa mentina in memoria cache, datele sau instructiunilepe care microprocesorul le va solicita in momentul urmator apeland la un algoritm statistic de anticipare. Daca informatia ceruta se afla in memoria cache, ea poate fi furnizata fara stari de asteptare; daca informatia ceruta nu este in memoria cache, ea este transferata din RAM la viteza corespunzatoare RAM-ului, constituind un esec cache.

Un factor major ce determina performantele cache-ului este cantitatea de informatie continuta; cu cat cache-ul este mai mare, cu atat cantitatea de date tranferata este mai mare.

Dezavantajul unui cache mai mare il reprezinta costul, cipurile SRAM mai rapide majorand costul intregului sistem.

Configuratia logica a memoriei cache se refera la modul in care este aranjata memoria in cache si la modul in care este adresata, ceea ce reprezinta de fapt modalitatea prin care microprocesorul stabileste daca informatia solicitata la un moment dat este sau nu disponibila in cache.

Pentru microprocesor, cache-urile pot fi externe sau interne. Un cache intern (cache L1), numit cache primar, este construit in circuitul microprocesorului, iar un cache extern (cache L2) sau cache secundar, foloseste un controller extern si cipuri de memorie externa.

Memoria video

Afisarea pe monitor a devenit o sarcina din ce in ce mai complexa odata cu trecerea de la monitoarele alb-negru la monitoarele color, de la simpla afisare de text la afisarea imaginilor in miscare.

Placa grafica responsabila de procesarea informatiilor care se afiseaza a devenit din ce in ce mai sofisticata incluzand acum urmatoarele elemente:

• BIOS-ul video;
• Procesorul video;
• RAM-ul video;
• Drivere.

Fara a intra in amanunte constructive retinem faptul ca zona de memorie RAM alocata special lucrului cu monitorul, valabil la primele PC-uri, este acum plasata direct pe placa grafica sub denumirea de RAM-video.

Formate fizice ale memorie RAM

Un cip de memorie apare ca un strat de siliciu mai mic, de cativa milimetri. Pentru a fi usor de manevrat, cipurile de memorie sunt inchise ermetic intr-o capsula care asigura protectia siliciului. Cipurile sunt lipite unul langa altul pe modulele de memorie, ocupand astfel o suprafata mai compacta de cativa centimetri. Modulele de memorie astfel constituite, apar sub forma unor circuite integrate cu conectori externi, pentru a fi introduse in soclurile disponibile pe placa de baza.

Cipurile disponibile pe piata sunt construite in diverse formate fizice. Primele cipuri numite SIP, DIP, erau sudate pe placa, deci fixe. Urmatoarea generatie de cipuri RAM cunoscutele SIMM-uri si DIMM-uri, au fost realizate in asa fel incat sa poata fi scoase din soclu si inlocuite.

Cipul de tip SIMM (Single In line Memory Module) leaga contactele de pe ambele parti ale modulului si furnizeaza un singur semnal, in timp ce un cip DIMM (Dual In line Memory Module) preia semnale separat de pe fiecare parte a modulului.

Primele SIMM-uri cu 30 de pini permiteau o stocare de noua biti pentru fiecare byte (un bit extern pentru verificarea paritatii). Pentru magistrale mari de date a fost proiectat SIMM-ul cu 72 pini care incorporeaza patru bancuri de memorie pe acelasi modul; SIMM-urile cu 72 pini au conectorii plasati pe ambele parti ale modulului de memorie.

Odata cu aparitia microprocesoarelor PENTIUM si AMD, SIMM-urile cu 72 pini si-au pierdut din utilitate deoarece pentru magistralele de date pe 64 biti, erau necesare doua SIMM-uri de 72 pini la un bank de memorie.

Pentru a asigura extinderea la 64 biti, s-au dezvoltat module cu mai multe conexiuni, DIMM-uri, pentru a permite o adresare mai larga. Modelele rezultate au 168 de conexiuni, pozitionate pe cele doua parti ale cipului de memorie, cele doua linii de conectori fiind independente.

DIMM-urile sunt sub forma modulelor de 128 MB, 256 MB, 512 MB etc pe modul.

SIMM-urile de 72 pini sunt convenabile pentru desktop-uri, dar sunt prea mari pentru laptop-uri; producatorii de PC-uri miniaturizate au transformat SIMM-urile de 72 pini astfel ca in locul conectarii pinilor de pe cele doua parti ale modulului au introdus spatii pe fiecare parte, pentru a avea doua semnale separate. Astfel, lungimea modulului s-a redus la jumatate, rezultatul fiind module SODIMM (Small Outline Dual In line Memory Module) numit astfel datorita dimensiunilor reduse ale modulului si celor doua linii de conectori independenti de pe fiecare parte a modulului. Un SODIMM cu 72 pini este echivalent cu un SIMM de 72 pini cu conectori pe ambele parti ale modulului, asemanator DIMM-urilor.

Formate logice ale memoriei RAM

Pentru a mari performantele memoriei, proiectantii au dezvoltat o serie de tehnologii care sa depaseasca aceste limite, orientandu-se asupra modului in care sunt procesate datele intern - moduri ce constitue formatele logice ale memoriilor interne.

Cipurile SDRAM au un timp de acces de 10 ns, fiind utilizabile pentru magistrale de memorie de 100 Mhz. Cipurile au anumite limite care reduc frecventa la aproape 66 Mhz; SDRAM-urile nu au operat la frecvente mai mari de 100 Mhz deoarece sloturile SIMM-urilor erau nesigure la frecvente mai inalte.

Memoriile DDR (Double Data Rate) sunt realizate intr-o tehnologie SDRAM cu posibilitatea dublarii frecventei de la 100 la 200 Mhz.

Memoriile EDRAM (Enhanced DRAM) fac DRAM-urile companiei Ramtron mai rapide prin adaugarea unor blocuri mici de memorie cache statica pe fiecare cip. Cache-ul opereaza la viteza inalta (in mod obisnuit 15 ns), astfel incat poate sa acopere cererile de date ale microprocesorului fara a adauga stari de asteptare generate de operatia de reimprospatare.

Memoria CDRAM (Cached DRAM) realizata de Mitsubishi adauga o memorie cache pe fiecare cip utilizand un model de tip asociativ pe set; cipul initial de 4 MB avea incorporata o memorie cache de 2 K si folosea doua buffere de cate un cuvant (16 biti) pentru transferul dintre cache si circuitele externe. Spre deosebire de EDRAM, CDRAM permite atat cache-ului cat si DRAM-ului principal sa opereze independent una de cealalta. Cache-ul este suficient de rapid pentru a transfera date in mod burst la o frecventa de 100 Mhz.

Modelul RDRAM (Rambus DRAM) al firmei cu acelasi nume foloseste un cache RAM static de 2048 K cuplat la DRAM printr-o magistrala foarte larga, ce permite transferul unei pagini de memorie in cache intr-un singur ciclu. Cache-ul este destul de rapid, furnizand datele la un timp de acces de 10 ns. Rata de transfer poate ajunge la 800 Mb/sec dublu fata de SDRAM. Modelul Rambus cere o modificare radicala a placii de baza pe care se instaleaza, soclurile purtand denumirea de RIMM (Rambus In line Memory Module). Deocamdata sunt utile pentru sisteme care includ integrare video.

Capacitatile sunt de 128 MB si 256 MB, 512MB/modul, dar si de 1 G, 2 G si 3 G.

In locul unui bloc de memorie in care fiecare celula este adresata de numarul liniei si coloanei, memoria MDRAM (Multibank DRAM) produsa de MoSys Incorporated desparte informatia stocata intr-un numar de bank-uri de memorie separate.

4. ECHIPAMENTE PERIFERICE. SUPORTURI DE DATE

4.1. Functii, clasificare, rol

Echipamentele periferice mediaza schimbul de date si informatii dintre unitatea centrala si mediul extern. Principalele functii ale acestora se refera la urmatoarele:

♦ introducerea datelor, programelor si a comenzilor in memoria interna;

♦ redarea rezultatelor prelucrarilor sub o forma accesibila utilizatorului;

♦ oferirea de posibilitati utilizatorului pentru a putea supraveghea si interveni in timpul unei sesiuni de lucru in scopul asigurarii unei functionari corecte a sistemului.

Clasificarea echipamentelor periferice are in vedere functiile indeplinite de acestea in sistemul de calcul si rolul lor in dialogul utilizator-calculator. Din punctul de vedere al primului criteriu deosebim:

♦ echipamente periferice de intrare care permit introducerea datelor (text, imagini, animatie etc.), programelor si a comenzilor in sistem;

♦ echipamente periferice de iesire ce asigura redarea rezultatelor sau inlesnesc dialogul om-calculator intr-un format direct accesibil factorului uman;

♦ echipamente periferice de intrare/iesire care dispun de suporturi de mare capacitate in vederea stocarii datelor si programelor. Aceste echipamente asigura introducerea datelor si programelor stocate in memoria interna si redarea rezultatelor in vederea unor utilizari viitoare. Acesta este si motivul pentru care ele se mai numesc si echipamente periferice de stocaj.

In ceea ce priveste rolul echipamentelor periferice in dialogul om-calculator intalnim urmatoarea clasificare a acestora:

♦ echipamente periferice de comunicare utilizator-calculator care lucreaza cu date si informatii direct accesibile omului (texte, imagini, numere, sunete etc.): terminal, mouse, creion optic, imprimanta etc.;

♦ echipamente periferice de stocaj care lucreaza cu date si informatii in formate de reprezentare care au la baza cifrele binare: unitati de banda magnetica, unitati de disc magnetic, unitati CD-ROM etc.;

♦ echipamente periferice pentru citirea directa a datelor si informatiilor.

4.2. Suporturi de date. Categorii, utilizare, reutilizare

Suporturile de date sunt medii fizice utilizate pentru preluarea, prelucrarea, stocarea datelor si programelor si pentru redarea rezultatelor. Acestea sunt foarte diverse, fiind specifice echipamentelor periferice care le folosesc ca suport. Ele se clasifica in mai multe categorii din punct de vedere: . al materialului folosit pentru fabricarea lor; . al posibilitatii de reutilizare; . al posibilitatii de adresare; . al utilizarii in sistemele de calcul.

Daca se are in vedere materialul folosit pentru fabricarea suporturilor tehnice deosebim urmatoarele categorii de suporturi:

♦ suporturi din hartie (hartia de imprimanta, documente completate cu cerneala magnetica, documente cu caractere stilizate etc.);

♦ suporturi magnetice (banda magnetica, discul magnetic, tamburul magnetic etc.);

♦ suporturi optice (CD-ROM, DVD);

♦ suporturi magneto-optice.

Din punct de vedere al posibilitatii de reutilizare se intalnesc suporturi nereutilizabile care se pot inregistra o singura data (suporturi de hartie, microfilme, CD-ROM) si suporturi reutilizabile care se pot utiliza succesiv pentru mai multe inregistrari (suporturi magnetice).

Daca ne referim la posibilitatile de adresare a inregistrarilor distingem suporturi adresabile (la care accesarea informatiei se face direct, pe baza unor adrese - discul magnetic) si neadresabile (la care accesarea informatiei se face prin parcurgerea secventiala a inregistrarilor si verificarea continutului - banda magnetica).

In ceea ce priveste modul de utilizare a suporturilor tehnice in sistemele de calcul avem in vedere suporturi de intrare (care sunt numai citite - documente completate cu cerneala magnetica, CD-ROM etc.), suporturi de iesire (care sunt numai scrise - hartia de imprimanta etc.) si suporturi de intrare/iesire (banda magnetica, discul magnetic, CD-ul inscriptibil, CD-ul reinscriptibil s.a.).

4.3. Echipamente periferice de intrare

Echipamentele periferice de intrare sunt folosite pentru introducerea datelor si programelor in calculator, cele mai utilizate fiind tastatura si mouse-ul.

Tastatura reprezinta dispozitivul care se foloseste pentru introducerea datelor si comenzilor in sistem. Fiecare caracter, alfabetic, numeri, special, se genereaza prin apasarea unei taste. Tastatura poate fi impartita in patru zone, dupa cum urmeaza: . taste alfanumerice si taste de comanda si control; . taste functionale; . taste de pozitionare si editare; . taste numerice reduse.

Mouse-ul este un echipament nelipsit in modul grafic, prin intermediul acestuia putandu- se selecta rapid optiunile unor meniuri sau obiecte de pe ecran (texte, grafice, imagini) in vederea executarii unor operatii. Din punct de vedere fizic, acesta este format din carcasa, bila de cauciuc care semnaleaza sistemului miscarile facute, butoane pentru selectii, cablu de conectare la calculator si conector de interfata pentru atasarea mouse-ului la sistem. Exista si variante de mouse care nu folosesc bila de cauciuc sau in care cablul de legatura lipseste, transmiterea impulsurilor realizandu-se prin intermediul razelor infrarosii.

Operatiile realizate cu ajutorul mouse-ului sunt urmatoarele:

♦ indicarea prin care cursorul este pozitionat pe ecran pe un anumit obiect;

♦ punctarea (clic) care se utilizeaza pentru selectarea unui obiect, aceasta realizandu- se in urma pozitionarii cursorului mouse-ului pe obiectul respectiv prin apasarea scurta a butonului;

♦ dublu clic prin care se actioneaza scurt, de doua ori butonul mouse-ului, declansandu- se o anumita actiune;

♦ trasarea care se realizeaza analog cu punctarea, diferenta constand in faptul ca dupa apasarea butonului mouse-ul se deplaseaza cu butonul apasat. Aceasta operatie se foloseste in vederea mutarii sau copierii obiectelor.

Joystick-ul este format dintr-o maneta cu patru posibilitati de miscare (inainte, inapoi, stanga, dreapta). Este folosit, de regula, la jocuri, dar si in diferite sisteme de instruire sau pentru aplicatii de simulare.

Trackball-ul este un mouse in pozitie inversa, deplasarea cursorului realizandu-se prin miscarea bilei de cauciuc cu degetul. Acest echipament este utilizat la calculatoarele portabile (laptop sau notebook).

Touchpad-ul are dimensiuni mici, fiind usor de utilizat. Tableta activa poseda un dispozitiv care sesizeaza atingerea si interpreteaza miscarile degetului sau ale unui obiect ascutit astfel ca pe ecran cursorul se deplaseaza in mod corespunzator.

Creionul optic permite desenarea pe ecran prin simpla apasare a acestui dispozitiv.

Ecranul tactil permite introducerea comenzilor prin apasarea cu degetul sau cu un creion special pe ecran, avand ca domeniu de aplicare echipamentele si terminalele publice din aeroporturi, gari, banci etc.

4.4. Echipamente periferice de iesire

4.4.1. Monitorul

Monitorul reprezinta un echipament de iesire pe care se afiseaza rezultatele prelucrarilor, mesajele pentru utilizator si informatiile despre starea sistemului. In afara suprafetei de afisare, acesta mai cuprinde si circuitele necesare realizarii imaginii pe ecran. Este legat la placa video sau la placa grafica care prelucreaza semnalele primite de la procesor pentru a le transforma in imagini grafice.

Legatura dintre magistrala si monitor se realizeaza prin intermediul placii adaptoare, care contine controllerul video (controleaza si regleaza imaginea de pe ecran) si memoria de regenerare a imaginii care contine codul imaginii afisate pe ecran.

Parametrii care definesc performantele monitoarelor se refera la:

♦ diagonala;

♦ intensitatea radiatiilor;

♦ rezolutia (se exprima prin numarul de puncte distincte - pixeli - afisabile pe suprafata ecranului. Cu cat numarul acestora este mai mare cu atat imaginile au mai multe detalii, sunt mai clare iar rezolutia este mai buna. Numarul de puncte se indica sub forma produsului dintre numarul de puncte de pe o linie si numarul de linii. Rezolutia este determinata atat de distanta dintre doua puncte de pe ecran - definitia ecranului -, cat si de numarul de culori;

♦ numarul de culori;

♦ capacitatea de afisare;

♦ numarul dimensiunilor in care se afiseaza;

♦ tipul placii video;

♦ rata de improspatare a imaginii (reprezinta numarul de imagini afisate pe secunda.

Frecventa afisarii (baleiajul vertical este controlata de un dispozitiv care are rolul de a transforma datele stocate in memoria video intr-un semnal analogic afisat pe monitor).

4.4.2. Imprimanta

Acest echipament este optional, permite tiparirea pe hartie a rezultatelor prelucrarii si prezinta urmatoarele componente: blocul de imprimare, sistemul de avans al hartiei, sistemul logic de comanda si interfata. O imprimanta poate tipari diverse tipuri de caractere care poarta denumirea de fonturi.

Dupa spatiul rezervat fiecarui caracter deosebim fonturi cu latime fixa si fonturi proportionale.

Cele din prima categorie rezerva fiecarui caracter acelasi spatiu, in timp ce fonturile proportionale aloca un spatiu diferit in functie de caracterul de realizat. Caracterele din diferitele fonturi pot fi afisate sau tiparite avand anumite atribute (ingrosat - bold, inclinat- italic, subliniat - underline etc.) care definesc stilul de tiparire.

Parametrii care caracterizeaza performantele imprimantelor se refera la:

♦ rezolutie (determina calitatea grafica a tiparirii si se exprima prin numarul de puncte afisate pe inch - dpi);

♦ viteza de tiparire care se masoara in caractere pe secunda (cps) la imprimantele lente si in linii pe minut sau in pagini pe minut (ppm) la cele rapide;

♦ dimensiunea maxima a hartiei [descrie formatul maxim acceptat pentru suportul de tiparire - A4 (210 x 297 mm), A3 (420 x 297 mm) etc.];

♦ memoria proprie care desemneaza capacitatea de memorie de tip RAM atasata imprimantei. Pentru a nu se bloca fluxul datelor de tiparit se utilizeaza RAM-ul imprimantei care va stoca datele pana in momentul tiparirii;

♦ limbajul de control care se refera la setul de comenzi folosit pentru controlul imprimantei;

♦ capacitatea de emulare care exprima capacitatea unei imprimante de a folosi limbajul de control al altei imprimante;

♦ numarul de fonturi ce are in vedere posibilitatea tiparirii unor caractere specifice diverselor limbi.

In functie de modul in care se efectueaza tiparirea se disting imprimante orientate pe caracter (memoreaza si tiparesc cate un caracter la fiecare ciclu de functionare, caracterele ce urmeaza a fi tiparite fiind obtinute prin selectare sau generare matriceala), pe linie (la fiecare ciclu de functionare se imprima simultan o linie intreaga, suportul caracterelor fiind sub forma de tambur, lant, tren sau banda) sau pe pagina (se bazeaza pe metode de imprimare fara impact - electrofotografice si electrostatice).

O alta clasificare a imprimantelor se face in functie de tehnicile de tiparire utilizate, deosebindu-se imprimante mecanice, matriceale, termice, cu jet de cerneala si laser.

Imprimantele mecanice utilizeaza un set de caractere dispus pe un suport metalic de unde se face selectarea caracterului dorit, transferul pe hartie al acestuia realizandu-se prin intermediul unei benzi tusate dispuse intre hartie si caracterul selectat. Desi calitatea imprimarii este buna, viteza de lucru este redusa (15-60 cps), aceste imprimante incadrandu-se in categoria celor orientate pe caracter.

Imprimantele matriceale (cu ace) lucreaza pe principiul generarii caracterelor care se realizeaza cu ajutorul celor 9, 18 sau 24 de ace ale capului mobil ce constituie o matrice, configuratia de apasare a acestora, combinata cu miscarea stanga-dreapta determinand banda tusata sa inscrie cate un caracter pe hartia din spate. Viteza de lucru este cuprinsa intre 100-600 cps, calitatea imprimarii depinzand foarte mult de aceasta in sensul ca o viteza de lucru mai scazuta asigura o mai buna calitate a tiparirii. Sunt des utilizate in domeniul economic datorita raportului pret/performante foarte bun, insa sunt lente si fac mult zgomot.

Imprimantele termice asigura imprimarea fara impact prin impresionarea unei hartii speciale cu ajutorul unor elemente rezistive care provoaca incalzirea. Sunt silentioase, pot lucra cu mai multe fonturi si in mediul grafic cu o rezolutie buna, ating viteze de pana la 250 cps, prezentand insa dezavantajul folosirii hartiei speciale intrucat aceasta este relativ scumpa.

Imprimantele cu jet de cerneala pot fi cu jet continuu, intermitent sau cu picaturi comandate. In vederea generarii caracterului este necesara incarcarea si deflexia electrostatica pe verticala a picaturilor de cerneala, caracterul fiind generat coloana de coloana. Tiparirea se poate face si in culori, au un pret scazut, nu fac zgomot si asigura o buna calitate a imprimarii (rezolutia se apropie de cea a imprimantelor laser). Dezavantajul acestor echipamente se refera la raportul cost consumabile/numar de pagini tiparite.

Imprimantele laser sunt cele mai raspandite datorita faptului ca sunt fiabile si asigura o foarte buna calitate a imprimarii, acestea incadrandu-se in categoria imprimantelor orientate pe pagina. Imaginea paginii de imprimat se obtine cu ajutorul unei raze laser, prin intermediul unei memorii de generare a caracterelor, iar imprimare se face printr-un tambur de fotocopiere. Se mai numesc si imprimante optice sau xerografice, au o rezolutie ridicata ce determina o calitate foarte buna a tiparirii, viteza de lucru este mare, iar raportul cost consumabile/numar de pagini tiparite este foarte bun.

4.4.3. Echipamente de citire a codurilor de tip bara

Acestea se folosesc, in general, pentru citirea etichetelor produselor comercializate, solutia fiind utilizata in mod curent in marile magazine, dar si in domeniul industrial, bancar etc. Fiecare produs este identificat printr-un cod de 13 caractere, astfel: . 1 caracter pentru tara de origine; . 5 caractere pentru producator; . 6 caractere pentru produs; . 1 caracter pentru control. Citirea codului se realizeaza cu ajutorul unui scanner de dimensiuni reduse. Lumina emisa de dispozitivul de citire este absorbita de benzile de culoare inchisa si este reflectata de spatiile dintre ele catre modulul de citire care interpreteaza succesiunea de variatii ale luminozitatii si o transforma in variatii ale unui semnal electric. Acest tip de echipamente periferice se poate prezenta sub diverse forme, si anume:

♦ creioane optice care folosesc lumina obisnuita ori raze infrarosii, citirea facanduse prin deplasarea perpendiculara a acestora, cu o viteza constanta, de-a lungul codului;

♦ cititoare de legitimatii sau carduri la care dispozitivul de citire este fix, iar legitimatiile sunt deplasate printr-o fanta prin fata mecanismului de citire, ce contine o sursa de lumina si o celula fotodetectoare;

♦ sisteme fixe de citire a codurilor de tip bara la care citirea presupune simpla deplasare a etichetei care contine codul prin fata mecanismului de citire care este fix.

4.4.4. Scanner-ul

Acesta este opus imprimantei in sensul ca preia textele si imaginile si le introduce sub forma digitala in memoria calculatorului unde pot fi prelucrate, salvate, tiparite etc. Imaginea sau textul se preia sub forma unui numar de puncte, procedeul purtand denumirea de digitizare. Memorata initial in format grafic, imaginea scanata poate fi prelucrata ulterior cu un procesor de texte cu ajutorul unui software specializat (OCR - Optical Character Recognition). Diferenta intre diversele tipuri de scannere este data de modul in care se deplaseaza senzorii in raport cu imaginea scanata, aproape toate tipurile impunand deplasarea mecanica a acestora peste imagine. Potrivit acestui aspect deosebim urmatoarele tipuri de scannere:

♦ scannerele cu tambur la care hartia cu imaginea originala este deplasata prin fata unor senzori imobili, fiind infasurata pe un tambur. Desi au dimensiuni reduse si preturi accesibile, din cauza tamburului nu pot scana imagini decat pe suport subtire si flexibil;

♦ scannerele plane deplaseaza senzorii in locul imaginii folosind in acest scop un mecanism automat, numele echipamentului provenind de la suprafata plana de sticla pe care se aseaza materialul de scanat. Sunt cele mai comune tipuri de scannere, sunt precise, pot scana documente de marimi diferite si chiar mici obiecte tridimensionale, dar sunt si cele mai scumpe dintre tipurile uzuale;

♦ scannerele manuale utilizeaza forta umana in scopul deplasarii senzorilor peste imagine. Datorita acestui fapt sunt cele mai ieftine intrucat nu contin mecanisme precise de scanare, sunt compacte si usor de transportat;

♦ scannerele video reprezinta echivalentul unui copiator, pentru captarea imaginii folosindu-se o camera video. Pot scana negative si filme transparente, foi de hartie si obiecte tridimensionale, dar calitatea este slaba;

♦ scannerele pentru diapozitive constituie o implementare speciala a scannerelor plane sau a tehnologiei video, fiind optimizate pentru scanari de rezolutie ridicata.

Caracteristicile principale pentru scanare se refera la:

♦ gama de culori, scannerele putand lucra cu mai multe tonuri de gri (monocrom) sau color;

♦ viteza de scanare, care este influentata de numarul de treceri peste imaginea de scanat (in prezent trecere unica) si de viteza de deplasare a elementelor de scanare deasupra imaginii;

♦ domeniul dinamic reprezentat de numarul de culori pe care le poate distinge un scanner, valori obisnuite fiind 256, 1.024 si 4.096 niveluri de stralucire din fiecare culoare primara;

♦ rezolutia, care reprezinta pasul cel mai mic cu care pot fi deplasati senzorii. Valorile variaza de la 300 dpi la 600 dpi, 1.200 dpi, 2.400 dpi sau chiar 10.000 dpi la scannerele pentru diapozitive.

4.5. Echipamente periferice de intrare/iesire

In scopul memorarii unor volume mari de date care, ulterior, sa poata fi regasite rapid se folosesc echipamente periferice care utilizeaza, de regula, suporturi magnetice. Din punct de vedere al adresabilitatii acestea sunt adresabile (discurile magnetice) sau neadresasabile (benzile magnetice).

4.5.1. Discuri magnetice

Acesta reprezinta principalul suport rezident al sistemelor de operare. Unitatile de discuri magnetice mediaza schimbul de date si informatii intre discul magnetic si sistemul de calcul, structura acestora fiind urmatoarea:

♦ dispozitiv de antrenare si fixare a suportului;

♦ ansamblul capetelor de citire/scriere;

♦ sistemul de pozitionare a mecanismului de citire/scriere;

♦ blocul logic de comanda;

♦ interfata.

Fiecare fata a discului are delimitate mai multe cercuri concentrice care poarta denumirea de piste, numarul acestora variind in functie de tipul discului. Fiecare pista este impartita intr-un numar de sectoare cu o capacitatea limitata (128, 256, 512, 1.024 octeti), toate operatiile de citire sau de scriere executandu-se la nivelul acestora. Pentru identificare, sectoarele dintr-o pista sunt numerotate incepand de la 0, acest sector fiind rezervat, de regula, pentru identificarea inceputului de pista si nu pentru stocarea datelor.

Caracteristica principala a discului magnetic este adresabilitatea. Aceasta inseamna ca fiecare unitate inregistrata poate fi localizata fara echivoc, indiferent de continut, prin mecanismele de citire/scriere, fiind permis in acest fel accesul selectiv la informatii.

Dupa tehnologiile de realizare a discurilor magnetice si a unitatilor de discuri asociate se intalnesc discuri flexibile, discuri dure si discuri amovibile.

4.5.1.1. Discuri flexibile

Aceste discuri reprezentau suportul clasic de stocare la microcalculatoare, fiind clasificate dupa diametrul discului exprimat in inch, astfel: 2,5", 3,5", 5,25", 8". Structura discurilor flexibile cuprinde urmatoarele elemente:

♦ capete de citire/scriere;

♦ dispozitiv de actionare a capetelor de citire/scriere;

♦ motor de antrenare a dischetei (360 rotatii/min.);

♦ bloc de comanda care asigura functionarea componentelor si supervizarea operatiilor de citire/scriere.

Capacitatea de memorare a acestor echipamente este determinata de numarul de piste si de densitatea de inregistrare [simpla densitate (Simple Density - SD), dubla densitate (Double Density - DD), inalta densitate (High Density - HD), densitate cvadrupla (Quad Density - QD), densitate extra inalta (Extra High Density - ED)].

Viteza de lucru a unitatilor de discuri flexibile depinde atat de viteza de rotatie (aproximativ 360 rotatii/min.), cat si de timpul de trecere de la o pista la alta care se incadreaza intr-un interval cuprins intre 5-40 ms (milisecunde).

Desi sunt suporturi lente si limitate din punct de vedere al capacitatii, dischetele prezinta avantajul de a avea costuri reduse, sunt usor de utilizat si adresabile.

4.5.1.2. Discuri dure (hard-discuri)

Unitatile de discuri dure se bazeaza pe reunirea intr-un singur ansamblu a capetelor de citire/scriere si a discurilor, asigurand conditii pentru marirea densitatii de inregistrare si a vitezei de lucru. La aceste echipamente suportul de inregistrare este format dintr-un pachet de discuri dispuse pe acelasi ax, acestea fiind realizate din aluminiu acoperit cu o pelicula feromagnetica. Printre principalii producatori se numara Seagate, IBM, Quantum, Western Digital, Fujitsu etc.

Accesul selectiv la informatia de pe disc este caracterizat prin timpul de acces care, la randul lui, depinde de: timpul de pozitionare a mecanismului de antrenare a capetelor de citire/scriere (este proportional cu numarul pistelor traversate si timpul unitar de trecere de la o pista la alta - 3-10 ms la modelele actuale), de intervalul mediu de rotatie (aproximativ1/7.200 min.) si de viteza de transfer a datelor care este cuprinsa intre 1-30 ms. Pentru a putea fi utilizat un hard-disc trebuie sa aiba definita o structura recunoscuta de sistemul de operare, adica sa fie formatat. Acest aspect are in vedere formatarea la nivel

inferior sau fizica, formatarea la nivel superior sau logica si partitionarea.

Formatarea fizica consta in crearea sectoarelor fizice pe disc, care sunt create si completate cu marcajele de adrese folosite pentru identificare (portiuni de date). Formatarea logica vizeaza adaptarea discului la cerintele sistemului de operare. Partitionarea presupune segmentarea discului in mai multe regiuni, numite discuri logice, care pot contine fisiere ale aceluiasi sistem de operare sau ale unor sisteme de operare diferite. Operatiunea este necesara in cazul in care se gestioneaza hard-discuri de mare capacitate, pentru o administrare mai usoara, pentru a se repara o cadere accidentala a sistemului ori in situatia in care se lucreaza cu mai multe sisteme de operare pe hard-disc.

Fiecare disc logic va cuprinde o tabela de partitie ce va descrie modul de structurare al hard-discului, in aceasta retinandu-se dimensiunea discului, numarul de partitii, precum si dimensiunea si pozitie fiecareia dintre acestea.

Principalii parametrii care caracterizeaza hard-discurile se refera la:

♦ capacitatea de memorare este determinata de diametrul discurilor, de numarul acestora, de numarul de cilindrii si de densitatea de inregistrare;

♦ timpul mediu de acces exprima o medie a timpilor scursi din momentul emiterii unei comenzi de citire/scriere si pana la confirmarea incheierii operatiei care, in mod obisnuit, este intre 3-12 ms;

♦ rata de transfer semnifica cuantumul informatiilor citite sau scrise timp de o secunda (1-100 MB);

♦ viteza de rotatie difera de la un hard-disc la altul, existand discuri la 5.400 rotatii/min, 7.200 rotatii/min., 10.000 rotatii/min sau chiar 15.000 rotatii/min., cresterea acesteia determinand marirea ratei de transfer.

4.5.1.3. Discuri amovibile

Acestea reprezinta discuri care pot fi separate de echipamentul de citire/scriere si transportate de la un calculator la altul. Se intrebuinteaza sub forma unor pachete sau cartuse de discuri magnetice.

Principalii producatori sunt Iomega si SyQuest. Capacitatea de stocare a acestor discuri este de ordinul sutelor de megabiti sau a gigabitilor, viteza de rotatie este apropiata de cea a discurilor moderne (5.400 rotatii/min.), prezentand si un timp mediu de acces foarte bun (12-18 ms).

4.5.2. Benzi magnetice

Aceste echipamente periferice se prezinta sub forma de role sau casete si reprezinta unele dintre cele mai ieftine suporturi pentru memorarea unor volume mari de date. Reprezentand suportul ideal pentru pastrarea copiilor de siguranta a fisierelor si a bazelor de date, prezinta ca dezavantaje faptul ca nu sunt adresabile si au o viteza scazuta de lucru.

Unitatile de banda magnetica sunt caracterizate de urmatorii parametrii:

♦ capacitatea de stocare;

♦ viteza de transfer a datelor;

♦ standardul folosit la inregistrarea datelor;

♦ pretul unitatii si al benzii.

Desi pare un suport depasit, tehnologiile care folosesc banda magnetica sunt intr-o continua dezvoltare datorita urmatoarelor avantaje pe care acestea le ofera:

♦ cel mai ieftin suport de citire/scriere pe MB;

♦ dimensiuni mici si capacitati de memorare mari;

♦ metodologia si software-ul de backup pe casete magnetice sunt evoluate si robuste;

♦ gradul de standardizare a formatelor este ridicat.

4.5.3. Suporturi optice

Discul optic dispune de o mare capacitate de stocaj fiind adecvat arhivarii sigure a informatiei pe o mare perioada de timp.

Discurile CD-ROM (Compac Disk - Read Only Memory) reprezinta un mediu de stoare asemanator dischetelor cu deosebirea ca fata de acestea, la care sectoarele sunt dispuse.

In piste concentrice, sectoarele pe CD-ROM sunt aranjate continuu sub forma de spirala. Parametrii care caracterizeaza performantele CD-ROM se refera la:

♦ capacitatea de stocare (aproximativ 700 MB, adica echivalentul a 500.000 de pagini de text sau 80 de minute de muzica);

♦ timpul de acces, exprimat in milisecunde, reprezinta intervalul de timp scurs din momentul emiterii unei cereri de citire si pana in clipa in care incepe efectiv aceasta operatie (100-400 ms);

♦ rata de transfer exprima viteza cu care unitatea CD-ROM preia datele de pe suport si le transmite sistemului de calcul (aproximativ 3.800 KB/s);

♦ memoria interna este folosita pentru stocarea datelor citite, asigurandu-se in acest fel transferuri constante de date catre calculator;

♦ interfata reprezinta legatura fizica dintre unitatea CD si magistrala calculatorului.

Sistemele DVD (Digital Versatile Disk) au aparut ca reactie la faptul ca, datorita cresterii complexitatii documentelor si aplicatiilor, capacitatea unui CD-ROM s-a dovedit in numeroase cazuri insuficienta. Aceste echipamente pot stoca de 26 de ori mai multe in informatii decat un CD-ROM, in varianta cu doua fete si patru straturi.

Modalitatea de inregistrare a datelor este similara cu cea folosita la CD-ROM, acestea fiind inregistrate pe o traiectorie spiralata formata din mici cavitati. Capacitatea DVDurilor s-a obtinut prin crearea unor cavitati mai mici, indesarea spiralei, precum si prin inregistrarea datelor pe patru straturi, cate doua pe fiecare fata a discului. Unitatile DVD au capacitati de pana la 17 GB si pot fi citite cu viteze foarte mari.