Arhitectura generala a unui sistem electronic de calcul

ARHITECTURA SISTEMELOR ELECTRONICE DE CALCUL

Dupa ce se defineste notiunea de sistem electronic de calcul si care sunt componentele acestuia, capitolul II al cursului are ca obiectiv major descrierea structurii sistemului de echipamente in general si in particular a structurii unui microcalculator. Alaturi de descrierea componentelor fizice ale calculatoarelor, sunt aratate si functiile indeplinite de catre acestea in procesul de prelucrare a datelor, aratandu-se ca intre componentele fizice ale unui sistem electronic de echipamente se nasc trei fluxuri informationale : cel al instructiunilor, al datelor si a comenzilor. Astfel, tinand seama de faptul ca prelucrarea datelor se face pe baza unui program aplicativ, instructiunile acestuia trebuie sa se afle in memoria interna inainte de a incepe procesul de prelucrare propriu-zis. Pe baza acestor instructiuni, unitatea de comanda si control comanda, celelalte componente pentru a introduce datele de la unitatea periferica adecvata (de regula din baza de date organizata pe hard-disc), in memoria interna, pentru a efectua operatii aritmetice sau logice asupra acestor date (se executa de catre unitatea aritmetico - logica) sau pentru a reda rezultatele prelucrarii (informatiei) prin imprimarea acestora pe hartie cu ajutorul unitatii periferice adecvate (imprimanta).

Arhitectura generala a unui sistem electronic de calcul

Un sistem electronic de calcul reprezinta un ansamblu de resurse fizice (echipamente) care impreuna cu un sistem de programe (resurse logice) realizeaza prelucrarea automata a datelor. Rezulta ca orice sistem electronic de calcul este alcatuit din doua componente :

sistemul de echipamente (Hardware-ul);

sistemul de programe (Software-ul).

Sistemul de echipamente este format din totalitatea dispozitivelor care asigura introducerea datelor in procesul de prelucrare, memorarea acestora, prelucrarea propriu-zisa a datelor si redarea informatiilor obtinute din prelucrarea datelor.

Sistemul de programe reprezinta componenta logica si cuprinde un ansamblu de programe care asigura conducerea, supravegherea si controlul functionarii corecte a resurselor fizice in procesul de prelucrare a datelor, precum si prelucrarea automata a datelor potrivit cerintelor utilizatorilor. Astfel, se poate spune ca un sistem de programe este format dintr-un sistem de operare (setul de programe care asigura functionarea corecta a sistemului de echipamente) si din programe aplicative pe baza carora se realizeaza procesul de prelucrare efectiva a datelor, tinand seama de cerintele impuse de utilizatori. Acestea, la randul lor sunt formate dintr-o multime de instructiuni (comenzi) date sistemului de echipamente, scrise intr-un limbaj de programare accesibil, in vederea efectuarii operatiilor de prelucrare specifice fiecarei aplicatii.

Realizarea oricarei lucrari aplicative presupune apelul la resursele fizice si logice ale unui sistem electronic de calcul.

Resursele fizice ale unui sistem electronic de calcul indeplinesc urmatoarele functii :

•functia de intrare-iesire este realizata cu ajutorul unor unitati periferice adecvate care permit introducerea datelor de prelucrat si a programelor pe baza carora se prelucreaza datele in memoria interna, precum si redarea rezultatelor prelucrarii prin imprimarea acestora pe hartie pentru a fi utilizate in continuare de catre om, sau prin inregistrarea lor pe diverse medii materiale in vederea reutilizarii lor intr-un alt proces de prelucrare;

•functia de memorare, realizata de catre un dispozitiv special (memorie interna) care are rolul de a memora datele de prelucrat si programele aplicative primite de la unitatile periferice de intrare, rezultatele partiale sau totale obtinute dintr-un proces de prelucrare precum si unele componente ale sistemului de operare;

•functia de comanda si control - realizata de catre o componenta fizica speciala (unitatea de comanda si control) care asigura controlul permanent al derularii procesului de prelucrare automata a datelor;

•functia de prelucrare - realizata de unitatea aritmetica - logica, resursa fizica ce efectueaza operatii aritmetice sau logice asupra datelor pe care le primeste din memoria interna, operatii ce sunt indicate prin programul aplicativ.

Document online: Accizele armonizate Document online: Elementele dobanzii simple si Plati esalonate anticipate - formule contabile

Unitatile materiale (fizice) care realizeaza aceste functii poarta numele de unitati functionale ale unui sistem de echipamente, ele formand, de fapt arhitectura unui sistemelectronic de calcul. Toate aceste unitati se regrupeaza in doua mari componente si anume :

unitatea centrala de prelucrare si comanda;

unitatile de intrare-iesire (periferice).

Structura unui sistem de echipamente poate fi redata prin urmatoarea schema :

Figura 2.l. Schema unitatilor functionale ale unui sistem electronic de echipamente

Unitatea centrala de prelucrare si comanda formata din unitatea de comanda si control, memoria interna si unitatea aritmetica - logica asigura memorarea datelor de prelucrat si a programelor aplicative, prelucrarea efectiva a datelor precum si controlul permanent al procesului de prelucrare a datelor.

Unitatea de comanda si control este componenta cu rolul central in cadrul configuratiei unui sistem electronic de echipamente, indeplinind urmatoarele functii :

•urmarirea executarii unui program aplicativ;

• comanda celorlalte unitati functionale (memorie interna, unitate aritmetica - logica, unitati periferice);

•comunicarea directa cu utilizatorul;

•masurarea timpului;

•decizie.

Memoria interna ca principala resursa a unui sistem electronic de echipamente are rolul de a memora datele care sunt necesare efectuarii unui ciclu de prelucrare, rezultatele partiale sau finale ale procesului de prelucrare precum si programul aplicativ pe baza caruia se prelucreaza datele.

Din punct de vedere material, dispozitivele de memorare sunt realizate din medii fizice capabile a avea doua stari stabile. Fiecarei stari i se asociaza o valoare numerica de O sau l corespunzatoare celor doua simboluri ale sistemului de numeratie binar.

Unitatea elementara de memorie, capabila sa retina una din cele doua valori posibile se numeste celula binara.

Un grup ordonat de celule binare care poate fi exploatat printr-o singura instructiune de intrare sau de iesire a datelor poarta numele de locatie de memorie sau cuvant de memorie.

Lungimea unui cuvant de memorie este un multiplu de 8 biti (l byte): 8, 16, 32, 64 biti (depinde de modelul calculatorului).

O locatie de memorie se identifica printr-o adresa (un numar de ordine care se asociaza in mod automat fiecarei locatii de memorie). Numarul locatiilor de memorie adresabile reprezinta capacitatea memoriei. Aceasta se masoara in kiloocteti (l KO = 2¹⁰ octeti); mega-octeti (l MO = 2¹⁰ KO) sau giga-octeti (l GO = 2¹⁰ MO).

Timpul de acces la memorie este intervalul de timp care separa cererea unei date de obtinerea acesteia la locul prelucrarii. Acesta se exprima in nanosecunde. Viteza de transfer a datelor se exprima in mega-octeti pe secunda.

Pentru a pune de acord viteza de transfer a diferitelor componente ale sistemului de echipamente cu cea a memoriei interne se utilizeaza asa numita memorie cache care are un rol de tampon intre memoria interna si unitatea aritmetica - logica. Capacitatea acestei memorii este mica dar este foarte rapida, avand rolul de a stoca, pentru un timp limitat, datele de prelucrat sau parti ale unui program aplicativ.

Dupa posibilitatea modificarii continutului, memoria interna a calculatoarelor electronice poate fi :

• memorie ROM (Read Only Memory) cu o capacitate mica (sub un mega-octet), al carei continut nu se pierde la intreruperea alimentarii cu curent electric, programata de catre producatorii de calculatoare in vederea realizarii unor functii speciale (testarea si initializarea sistemului de pornire);

• memorie EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) este o memorie ce poate fi reprogramata. Continutul acestei memorii poate fi modificat cu ajutorul unui programator de memorii.

• memoria RAM (Random Access Memory) ocupa cea mai mare parte a memoriei interne, putand fi inregistrata si citita, in aceasta componenta a memoriei interne se depun datele de prelucrat, rezultatele prelucrarii si programele aplicative pe baza carora se prelucreaza datele.

Din punct de vedere al utilizatorilor, memoria interna se structureaza in :

• memoriepentrustocareaunorprogrameale sistemului de operare, inaccesibila utilizatorului;

• memoriepentru datesiprogrameaplicative, accesibila utilizatorului.

Unitatea aritmetica - logica are cea mai mare complexitate tehnologica din unitatea centrala, ea realizand prelucrarea propriu-zisa a datelor in conformitate cu instructiunile din programul aplicativ.

Unitatile periferice ale unui sistem de echipamente realizeaza legatura unitatii centrale cu mediul exterior, precum si stocarea unui volum foarte mare de date, sub forma fisierelor sau a bazelor date, care vor fi supuse procesului de prelucrare dupa diverse criterii impuse de cerintele utilizatorilor. In functie de rolul pe care il au in procesul de prelucrare automata a datelor, ele se pot clasifica astfel :

•unitati periferice de intrare, avand rolul de a citi datele stocate anterior in fisiere sau baze de date, sau de a le capta si colecta pentru a fi transmise memoriei interne in vederea prelucrarii acestora. Din aceasta categorie fac parte: cititorul de cartele perforate, cititorul de banda perforata, tastatura, mouse, creionul optic, scanner-ul, cititorul codului cu bare, captatorul de sunete etc.;

•unitati periferice de iesire au rolul de a reda informatiile obtinute dintr-un proces de prelucrare intr-o forma inteleasa de catre om sau de a inregistra aceste informatii pe diferite medii materiale pentru a fi folosite intr-un proces de prelucrare. Redarea informatiilor se poate realiza prin :

afisarea acestora folosind in acest scop ecranul monitoarelor;

imprimarea lor pe hartie sub forma situatiilor de iesire. Acestea se pot obtine cu ajutorul unor echipamente periferice adecvate numite imprimante (cu ace, cu jet de cerneala, termice, laser);

imprimarea (scrierea) lor pe niste medii materiale pentru a putea fi reutilizate in alta procesare de prelucrare, in acest scop se pot utiliza unitati periferice cu rol de memorii auxiliare.

Unitati periferice de memorare cu rolul de a stoca o cantitate foarte mare de date, pe un timp nedeterminat, in vederea utilizarii lor ulterioare in procese de prelucrare a datelor. Aceste unitati inregistreaza, pe diverse medii materiale, atat datele initiale (care nu au mai fost supuse unui proces de prelucrare) cat si rezultatele unui proces de prelucrare sub forma unor colectii omogene de date. Cele mai utilizate echipamente periferice cu rol de memorie externa (auxiliara) sunt: unitatile de banda magnetica; unitatile de discuri magnetice; unitatile de discuri flexibile; unitatile de discuri optice. Acestea sunt dotate cu dispozitive speciale care permit inregistrarea si citirea datelor.

Legatura dintre unitatile periferice si unitatea centrala este asigurata cu ajutorul unor conductori electrici care vehiculeaza informatii sub forma de impulsuri. Deci, pentru integrarea unui echipament periferic intr-un sistem de calcul este necesara existenta unei interfete care sa asigure, pe de-o parte conectarea sa electrica la unitatea centrala de prelucrare si comanda, iar, pe de alta parte comanda sa pentru a putea realiza o anumita actiune. Unitatile periferice sunt legate atat de memoria interna spre care transmite date si instructiunile din programul aplicativ, sau de la care primeste informatiile obtinute din prelucrarea datelor, precum si de unitatea de comanda si control care transmite comenzi pentru a realiza o actiune (citire de date, inregistrare de informatii).

Ansamblul perifericelor conectate la unitatea centrala reprezinta arhitectura unui sistem electronic de calcul. Numarul si tipul perifericelor ce pot fi conectate la unitatea centrala constituie o optiune a utilizatorului, fiind determinata de nevoile sale de prelucrare.