Un sistem de calcul (calculator) este o structura destinata prelucrarii informatiei. El este alcatuit din resurse fizice (procesoare, memorie centrala, dispozitive de intrare / iesire etc.), resurse logice (sistem de operare, programe utilitare, aplicatii etc) si resurse informationale (sistem de operare, programe utilitare, aplicatii etc.) care coopereaza pentru satisfacerea cerintelor utilizatorilor privind introducerea, memorarea (stocarea), prelucrarea, transmisia, (spre un alt sistem de calcul), precum si regasirea informatiilor.

Resursele fizice constituie partea de echipament a sistemului de calcul numita si hardware, iar totalitatea resurselor logice se numeste software.

Sistemul hardware constituie nivelul inferior al sistemului de calcul, construit pe baza unor componente electronice, magnetice, optice, mecanice, etc. , a caror complexitate depinde de tehnologia de fabricatie.

Al doilea nivel este o extensie a nivelului hardware, dar si un subnivel al sistemului software. Acest nivel este numit firmware si cuprinde fie microprogramele, in cazul sistemelor de calcul ce pot sa simuleze alte sisteme de calcul, fie programele de control pentru diferite componente ale sistemului de calcul. Prin microprogramare se pot proiecta sisteme de calcul programabile direct in limbaje de inalt nivel.

Nivelul urmator este reprezentat de sistemul de operare si alte instrumente pentru utilizarea functiilor oferite de straturile anterioare, elaborate conform unor cerinte, criterii si obiective stabilite la proiectarea sistemului de calcul.

Procesorul (este inclus aici si microprocesorul) efectueaza prelucrarea care are loc in sistemul de calcul prin executarea unui program si dirijeaza activitatea celorlalte echipamente. Unitatea centrala de prelucrare (procesorul) este alcatuita din una sau mai multe unitati aritmetico-logice, un set de registre (memorie rapida) ce pastreaza temporar datele precum si o unitate de comanda.

Unitatea aritmetico-logica (UAL) prelucreaza datele executand operatii aritmetice si logice (adunare, scadere, SI, SAU, SAU EXCLUSIV, complementare, decrementare, deplasare dreapta, deplasare stanga). Cele mai importante registre ale unui procesor sunt: registrul acumulator, registrul numarator de adrese al programului, registrul indicatorilor de conditii, registrul de instructiuni, registrul de adresare a memoriei si registrul de intrare / iesire.

Unitatea de comanda furnizeaza semnalele de control care activeaza componentele procesorului asigurand citirea, interpretarea si executarea instructiunilor . acesta contine circuite pentru generarea semnalelor de control, registrul si decodificatorul de instructiuni si sistemul de intreruperi.

Performantele procesorului pot fi exprimate prin: durata ciclului masinii, lungimea cuvantului, repertoriul de instructiuni, numarul adreselor dintr-o instructiune, durata executari instructiunilor, caracteristicile sistemului de intreruperi etc.

Durata ciclului masinii reprezinta intervalul de timp in care se efectueaza un transfer intre doua registre ale unitatii centrale de prelucrare. Lungimea cuvantului poate fi de 8 biti, 16 biti, 32 biti sau 64 biti in functie de tipul procesorului. Durata executarii instructiunilor reprezinta timpul necesar desfasurarii fazei de citire - interpretare si a fazei de executie pentru o instructiune.

Stocarea informatiilor in sistemul de calcul se realiteaza prin intermediul memoriei. In functie de locul ocupat, distingem memoria centrala (numita si memoria principala sau interna) si memoria secundara (numita si auxiliara sau externa) in memoria centrala sunt pastrate programele si datele utilizate de acestea in timpul executiei lor catre procesor. Memoria secundara pastreaza cantitati mari de date si programe folosite frecvent si incarcabile an memoria centrala.

Memoria unui sistem de calcul este caracterizata prn atribute precum: capacitate, timp de acces, cost, mod de accesare a informatiei stocate etc.

Capacitatea memoriei este definita prin numarul de unitati de informatie disponibile pentru stocarea informatiei. In general, capacitatea memoriei se exprima in KB, MB sau GB (1 GB =1024 MB, 1 MB=1024 KB, 1 KB=1024*8 octeti).

Timpul de acces exprima durata intervalului in care poate fi obtinuta informatia stocata in memorie.

In functie de natura accesului la informatia ce o inmagazineaza, memoria centrala a unui calculator poate fi cu acces numai in citire si respectiv cu acces in scriere si citire. Memoria de tip "citeste numai" (ROM) se mai numeste memorie permanenta, deoarece programele inscrise in ea sunt fixate odata pentru totdeauna. In general in aceasta memorie este depozitat firmware-ul. Memoria ce permite acces de tip "citire-scriere" se mai numeste memorie cu acces aleator (RAM).

Memoria centrala poate fi impartita in mai multe categorii, in functie de posibilitatea de utilizare sau destinatia acesteia. De exemplu, memoria RAM a unui PC compatibil IBM, prezentata in figura este impartita in:

Zona de memorie cu adrese de la zero la 640 KB, recunoscuta in mod curent de sistemul de operare MS_DOS si denumita memoria conventionala;

Zona de memorie cu adrese de la 640 KB la 1 MB, numita si memoria superioara;

Zona ce corespunde spatiului adresabil peste 1 MB, numita si memoria extinsa;

Memoria expandata sau memoria paginata ce difera de tipurile anterioare, dar acopera partial sau total memoria extinsa disponibila. Pentru adresare se utilizeaza tehnica paginarii.

16 MB - 1-2 GB 1MB+65520 1MB 640 KB 0

Sistemul de operare MS_DOS poate fi incarcat in memoria conventionala sau in aceasta zona in functie de structura fisierului de configurare CONFIG.SYS.

Totalitatea echipamentelor unui sistem de calcul diferite de UC si memoria interna formeaza multimea echipamentelor periferice. Din aceasta categorie fac parte unitatile de memorie externa, echipamentele de intrare, echipamentele de iesire si echipamentele de intrare / iesire.

Una dintre cele mai importante unitati de memorare externa este unitatea de disc. Memorarea informatiei pe disc urmeaza acelasi principiu fizic cu cel utilizat in inregistrarea casetelor si benzilor audio - video. Deosebirea principala intre cele doua sisteme de memorare este datorata naturii semnalului de inregistrare folosit: analogic, in cazul audio - video si numeric, in cazul discurilor sistemelor de calcul.

Din punct de vedere fizic o unitate de disc are in compunere unul sau mai multe platane (sau discuri) fiecare platan cu una sau doua suprafete de inregistrare, atatea capete de citire per scriere cate suprafete de inregistrare exista, un brat ce permite accesul de la exterior spre centrul platanului al capetelor de citire / scriere, motoare pentru rotirea platanelor si deplasarea bratului, precum si un set de circuite specializate (numit cuplor sau adaptor) pentru comanda intregului mecanism.

Discurile care contin un singur platan se numesc discuri floppy, iar platanul propriu-zis se numeste discheta sau disc flexibil. Discurile continand mai multe platane se numesc discuri rigide. Atat pentru dischete, cat si pentru discul rigid, intreaga colectie de date formeaza asa-numitul volum. Suprafetele de inregistrare ale unui disc sunt impartite intr-un numar fix de cercuri concentrice, fiecare cerc numindu-se pista. Adresa unei piste este definita de o pereche de numere intregi reprezentand numarul curent al suprafetei de inregistrare, respectiv numarul curent al pistei. Suprafetele de inregistrare se numeroteaza incepand de la zero, de sus in jos. Pistele se numeroteaza crescator de la pista de raza maxima (indice zero) spre pista de raza minima. Aceasta numerotare se reia pentru fiecare suprafata de inregistrare.

Multimea pistelor de pe toate suprafetele de inregistrare identificate prin acelasi numar se numeste cilindru. Cilindrii se numeroteaza de la zero, crescator, incepand de la cel cu diametrul maxim spre cel cu diametrul minim.

Fiecare pista este impartita in sectoare de lungime fixa, de regula 512 octeti. Fiecare sector este adresat fizic de un triplet de numere intregi reprezentand numarul cilindrului, numarul suprafetei si numarul sectorului. Pe fiecare cilindru, numarul de sectoare este acelasi.

Din punct de vedere logic, pistele sunt numerotate incepand de la zero pe suprafata de inregistrare zero si continuand crescator pana la epuizarea suprafetelor si pistelor. De asemenea, sectoarele sunt numerotate incepand de la zero (cilindru zero, suprafata zero), crescator pana la epuizarea sectoarelor suprafetelor cilindrilor.

Adresa fiecarui sector este inscrisa la inceputul acestuia intr-un antet care contine si o secventa de octeti de sincronizare utilizati de cuplor pentru identificarea unei adrese disc. Operatia de scriere a adresei si a celorlalte elemente ale antetului sectoarelor se numeste formatare fizica a discului. In cazul sistemului de operare MS_DOS, formatarea fizica a dischetelor este realizata folosind comanda FORMAT. Pentru discul rigid, formatarea fizica este realizata, in majoritatea cazurilor, de catre fabricantul acestora.

Modulele software pentru tratarea cererilor de intrare / iesire din partea sistemului de operare sau a unui program utilizator se numesc driver-e. Fiecare dispozitiv intrare / iesire are asociat un driver. In general, orice driver mentine o coada a cererilor de intrare / iesire lansate de unul sau mai multe programe, cereri pe care le prelucreaza intr-o anumita ordine (de ex. conform unei liste de prioritate). Driver-ele efectueaza functiile fizice solicitate in cererile de transfer asupra dispozitivelor de intrare / iesire si tratarea erorilor. Un program utilizator poate efectua operatii de intrare / iesire direct la nivelul driver - elor. Totusi, in acest mod, programul nu va mai fi independent de dispozitivul de intrare / iesire.

Componentele efective ale sistemului de calcul si ale sistemului de operare se mai numesc si resurse reale, spre a le deosebi de resursele virtuale, care se refera la acele resurse pe care sistemul de operare le pune la dispozitia utilizatorilor ca si cum acestea le-ar fi alocate in exclusivitate. Exemple de resurse virtuale: memoria virtuala si perifericul virtual.

Prin virtualizarea memoriei se creeaza iluzia unei memorii foarte largi ca dimensiune (desi memoria reala este mult mai mica).

In cazul dispozitivelor de intrare / iesire, perifericul virtual este reprezentat printr-o zona de memorie secundara cu acces direct care este folosita ca suport intermediar pentru schimbul de informatii intre un program de executie si un periferic real. Programul "consumatori de resurse" lucreaza cu perifericul virtual, iar transferul intre perifericele virtuale si cele reale este realizat de o componenta a sistemului de operare.

Unele resurse sunt cu acces unic, in sensul ca ele pot fi folosite de un singur "program" la un moment dat. O resursa cu acces unic, solicitata simultan de mai multi clienti, se numeste resursa critica. Pentru accesarea resurselor critice se utilizeaza fire de asteptare (cozi). Din aceasta categorie de resurse face parte: unitatea centrala, zonele de memorie ale sistemului de operare, imprimanta, fisierele protejate etc.

Alte resurse permit accesul multiplu, adica pot fi utilizate simultan de mai multi clienti. Discurile magnetice si fisierele ce acces numai in citire sun resurse cu acces multiplu.

Exista, de asemenea, resurse care pot fi retrase unui client si alocate altui client cu prioritate mai mare. Resursele supuse alocarii / retragerii periodice se numesc resurse partajabile. O astfel de sursa este procesorul.