Structura calculatorului

2.1. Sructura și funcționarea calculatorului 

Calculatorul este o maşină care prelucrează informaţiile automat. Pentru aceasta trebuie să i se furnizeze datele pe care trebuie să le prelucreze (datele de intrare) şi o listă de instrucţiuni (programul), care să îi indice cum să prelucreze aceste date. Dacă pentru a ajunge la un rezultat trebuie sa execute mai multe operaţii, el le va efectua pe rând. Operaţiile şi ordinea acestora îi sunt specificate calculatorului prin intermediul programului. Calculatorul va furniza utilizatorului rezultatele obţinute în urma prelucrării (date de ieşire). În timpul prelucrării pot să apară şi date intermediare. 

Un video sugestiv: Schema funcțională a calculatorului

Pentru a putea realiza aceste operaţii, calculatorul este alcătuit din două componente:
1. Echipamentele fizice (partea materială) - HARDWARE
2. Programele şi datele (partea logică) - SOFTWARE

 MEMORIA INTERNĂ este locul în care sunt aduse programele şi datele pentru a fi prelucrate de procesor. Întrucât toate instrucţiunile şi datele sunt codificate într-o reprezentare binară, memoria va depozita secvenţe de biţi. Fiecare bit este reprezentat printr-un comutator electronic individual, cu două stări:
comutator ON – cifra binară 1;
comutator OFF – cifra binară 0.
Capacitatea de stocare a memoriei se măsoară în unităţi de măsură a informaţiei: Ko, Mo şi Go sau Kb, Mb şi Gb.

Exemple:Placa video                                                                              Placa de rețea

                                 

 Memoria externă este destinată păstrării unor cantități mari de informație. 

Exemple:Floppy disk-ul(discheta)                                       CD-WRITER –ul                                        

                                         

.
.
.
.
.
.

În continuare vă propun un video care reliefează dispozitivele de intrare și ieșire:

Pe baza componentelor prezentate, rezultă că un calculator poate avea o configuraţie minimă şi o configuraţie maximă. Configuraţia minimă este dată de numărul minimum de componente necesar pentru ca sistemul să fie operaţional şi cuprinde, de regulă: procesorul, memoria internă, o unitate de memorie externă, tastatura şi display-ul. Configuraţia maximă este dată de numărul maxim de componente care pot fi conectate la procesor. Între configuraţia minimă şi configuraţia maximă, utilizatorul o poate alege pe cea care să corespundă aplicaţiilor dorite şi posibilităţilor financiare. 

Pentru a face o sinteză vă propun următorul video:

Din ce este compus calculatorul?

Diagramă a unui calculator personal contemporan:

1. Monitor
2. Placă de bază
3. Microprocesor
4. Memorie cu acces aleatoriu (RAM)
5. Plăci de extensie
6. Sursa de tensiune joasă continuă (DC)
7. Unitate de disc optic
8. Disc dur
9. Tastatură
10. Maus              

2.2 Clasificarea calculatoarelor

Supercalculatoare

Supercalculatoarele au o memorie internă si o viteză de lucru foarte mare: pot executa pînă la cîteva sute de milioane de instructiuni pe secundă, fiind cele mai rapide tipuri de calculatoare. De obicei sunt utilizate pentru aplicatii specifice, care necesită calcule matematice complexe, mari consumatoare de timp si memorie, cum ar fi, de exemplu, grafica animată, prognozele geologice sau meteorologice, probleme complexe de fizică pentru care se doreste aplicarea unor algoritmi matematici riguroşi – dinamica fluidelor, fizica nucleară. Cel mai cunoscut tip de supercalculator este CRAY [Cray]. Supercalculatoarele lucrează pe 32 si 64 de biti si au o arhitectură performantă, neоngrădită de principiile clasice (de exemplu, sisteme multiprocesor – cu mai multe unităti centrale). În SUA există un institut specializat pe cercetări în domeniul supercalculatoarelor, numit NCSA (National Center for Supercomputer Applications).

Pentru arhitectura calculatoarelor multiprocesor se foloseste conceptul de arhitectură paralelă: mai multe procesoare sunt interconectate pentru realizarea acelorasi sarcini. Procesoarele pot să realizeze în acelasi timp secvenţe de operatii independente, pentru ca apoi rezultatele intermediare obtinute să fie combinate corespunzгtor. În mod obisnuit, există un procesor principal, numit master, care le coordonează pe celelalte, dîndu-le spre executie sarcini independente din programul utilizatorului sau punîndu-le în asteptare.

Sistemele proiectate ca arhitecturi paralele pot fi clasificate: 
după fluxurile de date şi de instrucţiuni în sisteme cu: un flux de instructiuni si un flux de date, un flux de instructiuni si mai multe fluxuri de date, mai multe fluxuri de instructiuni si un flux de date sau mai multe fluxuri de instructiuni si mai multe fluxuri de date .
Calculatoare mari

Calculatoarele mari pot executa 1 bilion de operaţii pe secundă, costul lor fiind de cîteva milioane de dolari.De regulă calculatoarele mari includ zeci de unităţi de discuri magnetice şi imprimante, sute de console, aflate la diferite distanţe.Aceste calculatoare se utilizează in cadrul unor mari centre de calcul şi funcţionează în regim non-stop.

Minicalculatoare

Minicalculatoarele au apărut după 1970, avînd costuri ridicate; numele lor provine din formularea "configuratie minimă de calcul". Erau sisteme interactive – utilizatorii aflati în fata unor terminale se aflau în dialog cu calculatorul - şi multiutilizator: la un moment dat mai multi utilizatori (cîteva zeci sau chiar cîteva sute) putea folosi calculatorul prin intermediul terminalelor. Această caracteristică impune un sistem de operare (numit RSX) performant, care să poată gestiona la un moment dat programele mai multor utilizatori si să ofere mecanisme de protectie a memoriei.

Microcalculatoarele

Microcalculatoarele sunt calculatoare a căror unitate centrală este un microprocesor. Primele microprocesoare au apгrut în anii '70 dar s-au dezvoltat mai ales оn anii '80 si continuă să evolueze; ele lucrează pe 8, 16 sau 32 de biti (cazul calculatoarelor folosite în prezent). Sunt sisteme interactive, monoutilizator (la un moment dat sunt exploatate de un singur utilizator). Microcalculatoarele s-au răspîndit curînd ca urmare a evolutiei tehnologiei care a redus foarte mult costurile lor de fabricatie. De alftel, aceste costuri sunt în continuă scădere iar performantele evoluează tot mai mult.

Primele microcalculatoare au fost calculatoare personale familiale: Sinclair Spectrum, Commodore . Aceste calculatoare puteau lucra direct în limbajul Basic fiindcă memoria lor internă cuprindea o parte care nu se stergea în absenta curentului electric si în care utilizatorul nu putea scrie (ROM), unde era înregistrat din fabricatie un interpretor Basic (un program care traduce în limbaj masină si execută fiecare instructiune, o dată ce aceasta a fost scrisă). Cel mai uzual periferic al acestor calculatoare era casetofonul, a cărui fiabilitate lăsa uneori de dorit.