03.+Structura+si+functiile+unui+sistem+de+calcul

Componentele oricărui calculator se pot clasifica în: **resurse HARDWARE** şi **resurse SOFTWARE**. Din punct de vedere funcţional, un sistem de calcul conţine 6 blocuri componente prezentate în Figura 13.
 * Calculatorul** este ansamblul de dispozitive şi programe având rolul de a memora, prelucra şi transfera informaţiile.



Figura 13. Structura funcţională a unui sistem de calcul de tip //von Neumann// - - - - - - - - - - Informaţii de stare a echipamentelor Fluxul informaţional dintre componente

DP I/ - dispozitive periferice de introducere a datelor în vederea prelucrării

DP /E - dispozitive periferice de redare a rezultatelor prelucrării

CANALE I/E- dirijează fluxul transferat de la DP I/ respectiv de DP /E

UAL - unitatea artimetico - logică are posibilitatea de a manipula un număr finit de tipuri de date (octet, bit, real, întreg, etc). Aceste tipuri de date sunt manipulate cu ajutorul unor operaţii primare, care sunt de fapt instrucţiuni ale maşinii respective. Operaţiile executate sunt de două categorii:
 * aritmetice (adunări, scăderi, înmulţiri, împărţiri);
 * logice (şi, sau, not).

Instrucţiunile sunt aduse, în ordinea stabilită de UCC, în regiştri, unde se interpretează, se aduc restul operanzilor din memorie, se execută operaţiile şi rezultatul de depune în memorie.

MEM - memoria, are sarcini în operaţiile de memorare şi regăsire a informaţiilor pe timpul prelucrării. Este locul în care se păstrează datele şi instrucţiunile în vederea executării programelor sub coordonarea UCC.

UCC - unitatea de comandă şi control este componenta cea mai importantă, deoarece supraveghează activitatea calculatorului electronic asigurând:

stabilirea ordinii de execuţie a instrucţiunilor

controlul memoriei principale în timpul memorării datelor şi instrucţiunilor

activitatea tuturor unităţilor şi subunităţilor sistemului de calcul.

Aceste funcţii sunt realizate citind succesiv instrucţiunile în unităţi de memorare ultrarapide, numite regiştri, unde le şi interpretează. În urma acestor interpretări, se emit semnale, care reprezintă comenzi adresate diferitelor dispozitive hard din configuraţie.

UCC împreună cu UAL formează unitatea centrală de prelucrare (UCP) sau procesorul central, iar dacă includem şi memoria formează unitatea centrală (UC).

Modul de funcţionare al unui sistem de calcul este următorul:


 * Datele de intrare ce se supun prelucrării şi programul constituit din instrucţiuni, se introduc în sistemul de calcul prin intermediul unor dispozitive periferice de introducere a datelor (DP I/).
 * Prin intermediul canalelor de intrare/ieşire, atât datele cât şi instrucţiunile programului sunt transferate în memoria internă a sistemului de calcul sub formă binară în locaţii identificabile prin adresele la care au fost memorate (nu prin conţinutul acestora). În continuare, fiecare instrucţiune este trimisă către UCC care interpretează conţinutul acesteia şi emite comenzi către:

- memorie – prin care se solicită ca anumite date localizate la adresele la care sunt memorate, să fie transferate către UAL pentru execuţia anumitor operaţii; după efectuarea operaţiei se va specifica adresa din memorie unde se va depune rezultatul operaţiei efectuate de către UAL;

- UAL – execută operaţia specificată prin instrucţiune;

- canalele de I/E – preia date şi instrucţiuni de la DP I/, respectiv transferă rezultatele din memorie către DP /E.
 * După terminarea execuţiei operaţiilor solicitate, rezultatele memorate în adresele din memorie sunt transferate prin intermediul canalelor de intrare/ieşire, către DP /E în vederea vizualizării rezultatelor prelucrării.

3.1. Componenta hardware
Hardware reprezintă ansamblul elementelor fizice şi tehnice cu ajutorul cărora datele se pot culege, verifica, transmite, stoca şi prelucra, suporturile de memorare a datelor precum şi echipamentele de redare a rezultatelor - reprezintă practic componentele ce pot fi atinse. Partea hardware cuprinde: memoria care stochează datele şi instrucţiunile ce permit calculatorului să funcţioneze, unitatea centrală de procesare (CPU) care duce la îndeplinirea instrucţiunilor, unitatea BUS care conectează părţile componente ale computerului, unităţile de intrare, ca de exemplu tastatura şi mouse-ul, care permit user- ului să comunice cu computerul, unităţile de ieşire, ca de exemplu imprimanta şi monitorul, care permit computerului să afişeze informaţiile cerute de user, şi altele. //Placa de bază// este componenta principală a calculatorului. Circuitele de pe placa de bază definesc calculatorul, capacităţile sale. Placa de bază conţine circuitele electronice pentru integrarea componentelor calculatorului, astfel încât să funcţioneze corect. Cele mai importante sunt: soclul microprocesorului; controller-ul de intrare – ieşire; soclurile memoriei; sloturile pentru extensie (conectori ai plăcii de bază care permit legarea unor dispozitive pe magistrala sistemului – placa grafică, placa de sunet sau placa de reţea); chipset-ul (set de circuite adiţionale care permit legarea unor dispozitive pe magistrala sistemului), BIOS-ul (controlează funcţiile de bază ale comunicaţiilor între componentelor, bateria care menţine funcţionarea ceasului atunci când calculatorul este oprit) şi multe altele piese electronice (rezistenţe, condensatoare şi tranzistoare) ce au funcţii bine definite.



Figura 14. Placa de bază

Placa de bază alimentează cu energie toate componentele conectate cu ajutorul ei, controlând şi furnizând cantitatea de energie necesară funcţionării corecte a fiecărei componente.

Fiecare placă de bază are un singur slot sau se mai numeşte “socket”, sau, în ultima perioadă, două tipuri, pentru a putea fi montate procesoare de diverse tipuri. Aceste slot-uri sunt specifice unităţii centrale de prelucrare şi altceva nu se va potrivi în ele. Memoria sistemului (RAM – Random Access Memory, Figura 15) se conectează într-un tip de slot specific doar memoriilor RAM. Placa de bază poate conţine două slot-uri pentru conectarea memoriilor. Există posibilitatea suplimentarea de memorie fie prin adăugarea de circuite de memorie în slot-urile rămase libere, sau prin înlocuirea unui circuit cu altul de capacitate mai mare. Figura 15. Memorie Slot-urile de tip AGP şi AGP Pro sunt proiectate pentru a fi conectate doar cu plăcile adaptoarelor grafice, astfel încât rata de transfer a datelor să fie mult mai rapidă. Unele plăci de bază mai noi au incluse noile slot-uri AMR (Audio Modem Riser), care sunt proiectate pentru a accepta diverse tipuri de modem-uri şi plăci de sunet. Unele plăci de bază au încorporate circuite ce îndeplinesc rolul unor carduri de expansiune, cum ar fi cele pentru sunet şi/sau adaptoare grafice. Aceste circuite îndeplinesc aceleaşi funcţii de bază ca cele ale cardurilor corespunzătoare, dar performanţele acestora nu se ridică la nivelul celor oferite de carduri. Placa de bază la orice calculator are câteva funcţii majore. Aici se află nivelul fizic al unui calculator, ce asigură suportul de bază pentru piesele electronice centrale ale calculatorului. Din punct de vedere electric, circuitele ataşate reprezintă creierul calculatorului şi cele mai importante elemente pentru lucrul cu creierul. Acest sistem de circuite determină întreaga personalitate a calculatorului: cum funcţionează, cum reacţionează la fiecare apăsare de tastă, ce face. Nici o parte a sistemului de plăci nu defineşte în întregime personalitatea calculatorului. Cele mai importante sunt următoarele: ■ Microprocesorul. Este “creierul” calculatorului. Fiecare microprocesor determină nu numai puterea de calcul a acestuia, dar şi limbajul de programare pe care îl înţelege (şi astfel ce programe pot fi executate) ■ Coprocesorul. Este un adjunct al microprocesorului la unele calculatoare mai vechi, ce ajută microprocesorul să execute anumite operaţii cu o viteză de 5 până la 10 ori mai mare. ■ Memoria. Este necesară microprocesorului pentru executarea calculelor necesare; cantitatea şi arhitectura memoriei unui sistem de calcul determină modul de programare şi, deci, nivelul de complexitate al problemelor ce pot fi rezolvate. ■ BIOS (The Basic Input/Output System). BIOS-ul (Sistemul de bază de Intrare/Ieşire) unui sistem de calcul este un set de programe memorate permanent, care determină caracteristicile operaţiilor fundamentale. BIOS-ul include instrucţiuni care determină auto-testarea calculatorului de câte ori acesta este pornit. La calculatoarele mai vechi, BIOS-ul este cel care hotărăşte ce poate face calculatorul la încărcarea unui program de pe disc şi cum reacţionează acesta la instrucţiunile specifice programelor aflate pe discuri. Calculatoarele mai noi pot conţine BIOS-uri mai simple sau mai complexe. Unele sunt atât de simple precum un bit de informaţie ce spune calculatorului cum să-şi încarce elementele necesare de pe disc. Altele, mai complexe, includ un sistem pentru ajutorarea maşinii în determinarea opţiunilor ce trebuie instalate şi cum să funcţioneze împreună cel mai bine. ■ Slot-uri (conectori) de expansiune. Acestea sunt porturi ce permit semnalelor să intre în calculator şi să interacţioneze cu circuitele acestuia. Ele permit, de asemenea, să fie adăugate sistemului noi componente, dar şi variante îmbunătăţite ale elementelor deja instalate, cum sunt adaptoarele video. ■ Circuite suport. Un microprocesor, esenţa unui calculator, nu este un calculator în sine (dacă ar fi s-ar denumi altfel, de exemplu, calculator). Microprocesorul are nevoie de circuite suplimentare pentru a-l aduce la viaţă: ceasuri, elemente de control, convertoare de semnal. Toate aceste circuite au propriul lor mod de a interacţiona cu programele şi astfel ajutând calculatorul în buna lui funcţionare. Calculatoarele mai noi includ funcţii suplimentare pe placa de bază, funcţii care altădată erau rezervate plăcilor de expansiune. Acestea includ: ■ Afişaj electronic. Un mod de a arăta ce “gândeşte” calculatorul este de a genera o imagine pe ecranul monitorului prin intermediul afişajului electronic. ■ Porturi de Intrare/Ieşire. Fiecare sistem de calcul are nevoie de a achiziţiona informaţii pe care să le prelucreze. Porturile de intrare/ieşire reprezintă calea primară de schimb de informaţie. Cele mai multe calculatoare au cel puţin câte un port serial şi unul paralel conectate la circuitele plăcii de bază. ■ Interfeţe pentru dispozitive de stocare a informaţiei. Calculatoarele au nevoie de o modalitate de a depozita cantităţi imense de programe şi de date, cu care lucrează în fiecare zi. Depozitarea acestor informaţii reprezintă sistemul de stocare a informaţiei. O interfaţă pentru astfel de dispozitive face legătura dintre sistemul de stocare a informaţiei şi restul calculatorului. La calculatoarele moderne aceste interfeţe sunt integrate în placa de bază. Ele includ conectorii la unitatea de dischetă, la hard disc şi la CD-ROM. //Microprocesorul// (Figura 16.) din punct de vedere fizic este un circuit integrat, o componentă electronică. Reprezintă nucleul unui calculator, în el se execută programele păstrate în memoria internă. Instrucţiunile sunt aduse, examinate şi executate una după alta. Un microprocesor conţine în interiorul său zone în care poate memora date de lungimi foarte mici. Aceste locaţii poartă numele de registre. Figura 16. Microprocesor Un microprocesor este caracterizat în mod principal de: a) viteza de lucru; b) setul de instrucţiuni pe care le poate executa; Viteza de lucru a unui microprocesor este determinat de mai mulţi factori: - frecvenţa ceasului intern. Cesul intern al unui calculator are rolul de a asigura în permanenţă pulsul pe baza cărora componentele îşi coordonează activitatea. Frecvenţa cu care sunt generate aceste pulsuri se cheamă frecvenţa ceasului intern şi se măsoară în hertzi. - dimensiunea registrelor interne şi a magistralei de date. Dimensiunile tipice ale registrelor interne ai unui processor sunt de 8, 16, 32, 64 biţi - tipul constructiv al microprocesorului - dimensiunea memoriei cache. Memoria cache este o memorie RAM rapidă de capacitate mică amplasată între procesor şi memoria interna, organizată în blocuri de lungimi fixe numite linii cache. În memoria cache se păstrează zone de memorie care au fost adresate de curând şi care au o probabilite mare de reutilizare. Timpul de acces la o locaţie de memorie cache este de aproximativ 10 ori mai mic decât timpul necesar accesării memoriei principale. Setul de instrucţiuni este caracterizat direct de tipul microprocesorului. Semnalele unui microprocesor se pot împărţi în funcţie de rolul acestora, în trei categorii: - semnale de adresă - se utilizează pentru adresarea locaţiilor de memorie sau a porturilor de intrare/ieşire. Numărul de linii de adresă determină numărul maxim de locaţii de memorie care pot fi adresate de microprocesor; - semnale de date -se utilizează pentru transferul informaţiilor între diferite module conectate pe magistrală. Numărul semnalelor de date de pe magistrală determină lungimea cuvântului de date care se poate transfera printr-un ciclu de transfer; - semnale de control -au rolul de a controla fluxul de date şi de a sincroniza microprocesorul cu anumite evenimente externe; Viteza de execuţie a instrucţiunilor într-un calculator este limitată de viteza semnalelor prin fire sau mediul semiconductor. O posibilitate de îmbunătăţire constă în micşorarea conexiunilor dintre elementele logice, prin creşterea densităţii de integrare. Micşorarea dimensiunii este limitată de necesitatea suprafeţelor pentru disiparea căldurii. Cea mai viabila soluţie constă în utilizarea unor structuri paralele. SISD Single Instruction stream, Single Data stream – o singură secvenţă de instrucţiuni prelucrează un singur set de date; SIMD Single Instruction stream, Multiple Data stream – o singură secvenţă de instrucţiuni prelucrează mai multe seturi de date; MISD Multiple Instruction stream, Single Data stream – mai multe secvenţe de instrucţiuni şi un singur set de date MIMD Multiple Instruction stream, Multiple Data stream –mai multe secvenţe de instrucţiuni prelucrează mai multe seturi de date. În staţiile de lucru FSC Scenic T este prezent un procesor Pentium 4 cu următoarele caracteristici: - frecvenţa ceasului intern: 1.8MHz - front side bus (FSB): 400MHz - memorie cache: 256kB În serverele Primergy Econel20 este prezent un procesor Pentium 4 cu următoarele caracteristici: - frecvenţa ceasului intern: 1.8MHz - front side bus (FSB): 400MHz - memorie cache: 512kB

Software-ul reprezintă ansamblul programelor, procedurilor, rutinelor care controlează funcţionarea corectă şi eficientă a elementelor hard; există sub formă de concepte şi simboluri. Resurse software: programe de sistem, utilitare sau de aplicaţie - limbaje de programare, programe utilitare, sisteme de gestiune a informaţiei (Oracle, Access), programe de grafică (Corel, Adobe PhotoDeluxe), editoare de text (Word), calcul tabelar (Excel), prezentări electronice (PowerPoint), proiectare asistată, programe de contabilitate, antivirus, comunicaţii - exprimate în limbaj maşină.

3.3. Sarcinile unui sistem de operare
Câteva dintre cele mai importante sarcini ale unui sistem de operare sunt: ■ alocarea resurselor; ■ asigurarea unui mediu corespunzător pentru executarea programelor; ■ realizarea operaţiilor de I/O; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ manevrarea sistemelor de fişiere; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ detectarea erorilor. <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ păstrarea evidenţei utilizatorilor sistemului de calcul (de exemplu, prin sistemul de conturi); <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ protejarea: Din punctul de vedere al gestionării programelor aflate în execuţie, sistemul de operare asigură, în general, următoarele funcţii: <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ crearea şi desfiinţarea proceselor; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ suspendarea şi reluarea execuţiei proceselor; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ asigurarea mecanismelor necesare sincronizării proceselor; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ asigurarea mecanismelor necesare comunicaţiei între procese; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ asigurarea mecanismelor pentru tratarea interblocărilor. Din punctul de vedere al gestionării memoriei interne, sistemul de operare asigură, în general, următoarele funcţii: <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ păstrarea evidenţei partiţiilor de memorie folosite la un moment dat, precum şi a utilizatorilor acestora; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ selectarea procesului ce va fi încărcat în memorie atunci când spaţiul devine disponibil; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ alocarea spaţiului de memorie, precum şi operaţia inversă. Din punctul de vedere al gestionării discului magnetic, sistemul de operare asigură, în general, următoarele funcţii: <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ gestionarea spaţiului liber pe disc; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ alocarea memoriei pe disc; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ planificarea lucrului cu discul. Nucleul sistemului de operare (kernel) Partea centrală a unui sistem de operare este nucleul (kernel), care asigură elementele esenţiale pentru buna funcţionare a sistemului de calcul. Dintre funcţiile enumerate în descrierea modulelor prezentate anterior, nucleul include, în general, următoarele: <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ asigurarea unui mecanism pentru crearea şi distrugerea proceselor; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ realizarea planificării UC, gestionării memoriei şi a dispozitivelor pentru procesele create; <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ furnizarea unor instrumente care să permită proceselor să-şi sincronizeze acţiunile (mecanisme de sincronizare); <span style="font-family: 'arial','sans-serif';">■ furnizarea unor instrumente de comunicare care să permită proceselor să îşi transmită informaţii. Dimensiunea şi complexitatea funcţională a nucleului poate varia de la sistem la sistem. În prezent există atât nuclee “mari”, care grupează foarte multe dintre modulele sistemului de operare prezentate anterior cât şi micro-nuclee, care ocupă un volum redus de memorie internă, înglobează numai funcţionalitatea absolut necesară şi colaborează cu celelalte module pentru asigurarea funcţiilor ce trebuie îndeplinite de către sistemul de operare.
 * job-urilor cu execuţie concurentă (pentru prevenirea interferenţelor);
 * informaţiilor conţinute în conturile utilizatorilor;
 * resurselor faţă de cererile conflictuale.