ISTORIA CALCULATOARELOR · Dar istoria inventării calculatorului electronic are rădăcini foarte îndepărtate. Încă de la începuturile civilizației, negustorii și oficialitățile

ISTORIA CALCULATOARELOR

Cuprins

I) Scurt istoric ----------------------------------------------------------------------------------------- 4 I.1. Generatii calculatoare ......................................................................................... 5

I.1.a. Prima generație de calculatoare (1945-1955) – Tuburile electronice ............................ 5

I.1.b. A doua generație de calculatoare (1955-1964) –Tranzistoarele ..................................... 7

I.1.c. A treia generație de calculatoare – 1964-1980 ............................................................... 8

I.1.d. A patra generație de calculatoare ................................................................................... 8

I.2. Tipuri de calculatoare ......................................................................................... 9 I.2.a. Microcalculatoare ........................................................................................................... 9

I.2.b. Minicalculatoare ........................................................................................................... 10

I.2.c. Mainframe-uri .............................................................................................................. 10

II) Arhitectura calculatorului --------------------------------------------------------------------- 11

II.1. Procesorul ........................................................................................................... 13 II.2. Tipuri de microprocesoare ............................................................................... 14

II.2.a. Procesorul 80386 .......................................................................................................... 15

II.2.b. Procesorul 80486 .......................................................................................................... 15

II.2.c. Procesorul Pentium ....................................................................................................... 16

II.2.d. Procesorul Pentium Pro ................................................................................................ 17

II.2.e. Procesorul Pentium II .................................................................................................... 17

II.2.f. Procesorul Pentium III .................................................................................................. 17

II.3. Magistrala .......................................................................................................... 17 II.3.a. Magistrala ISA ............................................................................................................... 18

II.3.b. Magistrala MCA ............................................................................................................ 19

II.3.c. Magistrala EISA ............................................................................................................ 19

II.3.d. Magistrala VESA Local Bus (VLBus) ............................................................................ 19

II.3.e. Magisrala PCI ............................................................................................................... 20

II.4. Memoria ............................................................................................................. 20

Cuprinsul figurilor

Figura 1 - Arhitectura mașinii Von Newman ............................................................................ 6

Figura 2 – Magistrala ................................................................................................................ 7

Figura 3 – Modele de microcalculatoare ................................................................................... 9

Figura 4 - VAX 897X, unul dintre cele mai răspândite minicalculatoare ............................... 10

Figura 5 - IBM 3090, Model 600E maiframe ......................................................................... 11

Figura 6 - Schema bloc simplificată a unui PC. ...................................................................... 12

Figura 7 – Unitatea central de prelucrare ................................................................................ 13

Cuprinsul tabelelor

Tabelul 1 – Limbaje de programare ........................................................................................... 8

Tabelul 2 – Clase de procesoare Intel ...................................................................................... 14

Tabelul 3 - Caracteristicile magistralelor ................................................................................. 18

LUCRU CU DOCUMENTE MARI

4

I) Scurt istoric

“Office”-ul tradițional a devenit în ultimii ani locul de muncă cel mai inundat cu

produsele tehnicii de calcul, devenite indispensabile astăzi oriunde în lume. Biroul trecutului,

cu dosarele pline de praf mai este prezent doar în câteva colțuri de lume. Munca din biroul

modern este din ce în ce mai dependentă de comunicarea rapidă și de un mod de a produce

documentele utilizate repede și comod. Telefonul, fax-ul, imprimanta, calculatorul și

modalitățile noi de comunicare au schimbat radical înfățișarea biroului.

Deși a existat un anume grad de mecanizare în birouri în a doua jumătate a secolului al

XIX-lea, până pe la mijlocul secolului XX nu a apărut adevărata bază a tehnologiei avansate -

calculatorul electronic.

Dar istoria inventării calculatorului electronic are rădăcini foarte îndepărtate. Încă de la

începuturile civilizației, negustorii și oficialitățile guvernamentale au utilizat diverse

dispozitive pentru efectuarea calculelor. Un exemplu este abacul, inventat cu sute de ani în urmă

(Antonescu & Balan, 1995).

În anul 1642, Blaise Pascal, un matematician francez inventează prima mașină de calcul

mecanică. Mașina era numită pascalină, după numele inventatorului și putea realiza automat

operații de adunare și scădere. Mașina era în întregime mecanică, folosind roți dințate și fiind

acționată de o manivelă manevrată de om.

Câțiva ani mai târziu, Gottfried von Leibniz, filozof și matematician german merge un

pas înainte, realizând o mașină care putea efectua și înmulțiri și împărțiri (Antonescu & Balan,

1995). La fel ca și mașina lui Pascal această mașină era acționată de pârghii și angrenaje. De

fapt, Leibniz a construit echivalentul unui calculator de buzunar cu patru operații, cu aproape

trei secole în urmă.

Pe la 1800, un țesător numit Joseph Jacquard a inventat un război de țesut care realiza

automat diverse modele. Lucrul remarcabil la acest război de țesut era că utiliza niște plăcuțe

perforate pentru a controla modelul ce va fi realizat. Orificiile din plăcuțe determinau care

vergele din războiul de țesut erau folosite la un moment dat. Războiul de țesut a lui Jacquard a

introdus două concepte care s-au dovedit importante în dezvoltarea ulterioară a calculatoarelor.

Primul din ele era că informația putea fi codificată pe cartele perforate (cartele care au devenit

principalul mediu de intrare la prima generație de calculatoare). Al doilea concept era că

informația stocată în cartele poate fi folosită ca o serie de instrucțiuni - de fapt un program -

atunci când cartelele sunt activate.

Una din figurile cele mai notorii din dezvoltarea computerelor a fost Charles Babbage

(Antonescu & Balan, 1995). Cu 150 de ani în urmă el a creat o mașină surprinzător de

asemănătoare cu primele calculatoare moderne. În acele vremuri, tabelele matematice erau

calculate manual și conțineau foarte frecvent erori. Babbage a realizat că cu o mașină care putea

face automat calculele și care putea să le și afișeze, se puteau obține tabele matematice exacte.

Finanțat de guvernul britanic, Babbage a construit un mic prototip, numit mașină cu calcul a

diferențelor. Întreaga construcție a mașinii era proiectată pentru a executa un singur algoritm și

anume metoda diferențelor finite folosind polinoame. Cea mai interesantă caracteristică a

mașinii de calcul a diferențelor era metoda sa de ieșire: înscria rezultatele pe o tablă de aramă

gravabilă cu o ștanță de oțel, previzionând astfel mediile periferice unic inscripționabile de mai

târziu, cum ar fi cartelele perforate sau CD-ROM-urile.

În încercările sale de a realiza mașina de calcul a diferențelor, Babbage a inventat o altă

mașină, mult mai puternică, mașina analitică. Ca și mașina de calcul a diferențelor, ea era

construită din angrenaje și osii antrenate de un motor cu abur. Conceptul care a stat la baza

acestei mașini a fost similar cu cel de la calculatoarele moderne. Mașina, care avea un scop

Istoria Calculatoarelor

5

general fiind capabilă să execute diverse tipuri de calcule, era dirijată de instrucțiuni conținute

în cartele perforate, conținea o memorie pentru păstrarea instrucțiunilor și a rezultatelor

intermediare și avea posibilitatea de imprimare automată a rezultatelor. Marele progres adus de

mașina analitică a fost acela că era de uz general.

Deoarece mașina analitică era programabilă într-un limbaj simplu, avea nevoie de

software. Pentru a produce acest software, Babbage a angajat o tânără Ada Lovelance. Ada

Lovelance a fost astfel primul programator de calculatoare din lume. Limbajul de programare

Ada a fost numit așa în onoarea ei.

Din nefericire, Babbage nu a reușit să pună la punct hardware-ul în întregime. Problema

cu care se confrunta era aceea că mașina analitică avea nevoie de mii și mii de roți dințate și

angrenaje, care trebuiaau produse cu o precizie imposibil de realizat pe baza tehnologiei

secolului al nouăsprezecelea. Cu toate acestea ideile lui au fost cu mult mai avansate decât

timpul în care trăia, și chiar și astăzi, cele mai multe calculatoare moderne au o structură foarte

asemănătoare cu mașina analitică, deci este corect să spunem că Babbage a fost bunicul

calculatoarelor numerice moderne.

Până în 1890 calculele rezultatelor recensămintelor erau făcute manual. Calculul pentru

1880 a durat șapte ani. Oficialitățile erau îngrijorate de faptul că, dacă nu se făcea ceva,

calculele pentru 1890 puteau să nu fie încheiate înainte de 1900. Așa că guvernul britanic l-a

însărcinat pe Herman Hollerith cu construcția unei mașini care să fie folosită în acest scop.

Mașina construită de Hollerith utiliza cartele perforate și era acționată electric. Cu această

mașină rezultatele recensământului au fost calculate în trei ani. Au fost puse astfel bazele

mașinilor electromecanice, care erau dispozitive mecanice acționate electric.

Inventatorul calculatorului electronic a fost profesorul de la Universitatea de Stat din

Iowa, John V.Atanasoff și calculatorul s-a numit ABC - acronimul pentru

Atanasoff-Berry-Computer (Antonescu & Balan, 1995). Atanasoff avea nevoie de o mașină

care să-i ajute pe studenți la rezolvarea simultană a ecuațiilor liniare. Cum nici una din mașinile

disponibile la acel moment nu putea face acest lucru, a început el proiectarea acesteia. ABC era

construit din 300 de tuburi cu vacuum și putea rezolva simultan 29 de ecuații cu 29 de variabile.

Mașina lui Atanasolf era surprinzător de evoluată pentru acel timp. Aceasta folosea

aritmetica binară și avea memoria formată din capacități care erau periodic reîncărcate. Cipurile

de memorie moderne lucrează în același mod. Din nefericire, mașina nu a devenit niciodată

operațională. Într-un anume fel, Atanasoff a fost la fel ca Babbage un vizionar înfrânt de

tehnologia inadecvată a timpului său.

În același timp, un tânăr numit Howard Aiken muncea din greu făcând calcule numerice

laborioase ca parte a tezei sale de doctorat la Harvard. După absolvire Aiken și-a dat seama cât

de important era să poți face calcule cu o mașină. El s-a dus la bibliotecă, a descoperit munca

lui Babbage și a hotărât să construiască din relee calculatorul de uz general pe care Babbage a

eșuat să-l construiască din roți dințate.

Prima mașină a lui Aiken, Mark I, a fost finalizată la Harvard în 1944. Intarea și ieșirea

se făceau pe bază de benzi de hârtie perforată. Până în momentul în care Aiken a finalizat

succesul mașinii lui, Mark II, calculatoarele cu relee au devenit depășite. Epoca electonicii

începuse.

I.1. Generatii calculatoare

I.1.a. Prima generație de calculatoare (1945-1955) – Tuburile electronice

Stimulul pentru dezvoltarea calculatoarelor electronice a fost cel de-al doilea război

mondial. (Ministerul Comunicaţiilor şi Societăţii Informaţionale, n.d.)Integrator And


6

Computer) a fost proiectat special pentru a estima traiectoriile proiectilelor folosite de armată .

Dacă ABC a dovedit că calculatoarele electronice rezolvă corect ecuații matematice complicate,

ENIAC a arătat că ele sunt rapide (5000 adunări/minut). ENIAC folosea sistemul zecimal în

locul sistemului binar și se baza pe tehnica analogică.

ENIAC nu a fost terminat până la sfârșitul celui de-al doilea război mondial, dar

proiectul său a fost folosit la construcția unui alt calculator, folosit de armatele vestice în timpul

războiului cu numele de “Prezicătorul”. Dacă un glonte sau un obuz era țintit spre un avion ce

zbura foarte sus, “Prezicătorul” calcula traiectoria astfel încât obuzul să întâlnească avionul.

“Prezicătorul” putea astfel, să lucreze în trei dimensiuni. Putea, de asemenea, să ia în

considerare un număr de variabile, precum vârsta echipamentului cu care se trăgea, presiunea

atmosferică și viteza vântului la sol, ca și viteza cu care zbura avionul. ENIAC avea un

dezavantaj major: utiliza 18000 de tuburi cu vacuum; chiar și Prezicătorul avea 10000. A fost

necesară inventarea tranzistorului pentru a rezolva problema.

O problemă majoră la ENIAC era că, de fiecare dată când se dorea o nouă serie de

calcule, trebuiau resetate comutatoarele calculatorului, operație care putea dura și câteva ore.

John Von Neumann, un matematician, a găsit un mod de rezolvare a acestei deficiențe. El a

ajuns să înțeleagă că un program poate fi reprezentat în formă digitală în memoria

calculatorului, împreună cu datele asociate. De asemenea a înțeles că aritmetica zecimală serială

stângace folosită la ENIAC, cu fiecare rang reprezentat prin 10 tuburi electronice (1 activ și 9

inactive), putea fi înlocuită cu aritmetica binară paralelă.

Proiectarea de bază, pe care el a descris-o pentru prima oară, este acum cunoscută sub

numele de mașina von Neumann. Aceasta a fost folosită în EDSAC, primul calculator cu

program memorat, și reprezintă în continuare baza pentru cele mai multe calculatoare din

prezent, după mai mult de o jumătate de secol.

Mașina von Newman avea patru părți de bază: memoria, unitatea aritmetică și logică,

unitatea de comandă și echipamentele de intrare și ieșire. Memoria era formată din 4096 de

cuvinte, un cuvânt având 40 de biți, fiecare cu valoarea 0 sau 1. Fiecare cuvânt stoca fie două

instrucțiuni pe 20 de biți sau un întreg cu semn pe 40 de biți. Instrucțiunile aveau 8 biți care

indicau tipul instrucțiunii și 12 biți ce specificau unul din cele 4096 de cuvinte memorate. În

interiorul unității aritmetice și logice exista un registru intern special de 40 de biți numit

acumulator. O instrucțiune tipică aduna un cuvânt de memorie la acumulator sau memora

conținutul acumulatorului în memorie. Arhitectura mașinii era cea din Figura 1:

Figura 1 - Arhitectura mașinii Von Newman

Acumulator

Memorie

Unitatea

de

comandă

Unitatea

aritmetică și

logică

intrare

ieșire


7

IBM a introdus primul său computer comercial prin 1953. Acesta a fost IBM 701, care

a demonstrat facilitățile oferite de computere. A urmat apoi IBM 650, în 1954, care a fost

mașina care a reușit să se impună din toate punctele de vedere. Deși IBM a sperat să vândă 50

dintre ele, a vândut de fapt peste o mie. Apăruseră computerele de birou.

I.1.b. A doua generație de calculatoare (1955-1964) –Tranzistoarele

A doua generație de calculatoare a exploatat caracteristicile tranzistorului. Tranzistorii

realizau aceleași funcții ca și tuburile cu vacuum numai că erau mai rapizi, mai mici și mai

fiabili. De asemenea, generau mai puțină caldură și necesitau putere de alimentare mai mică

decât tuburile cu vacuum.

În următorii zece ani, tranzistoarele au revoluționat calculatoarele și, spre sfârșitul anilor

’50, tuburile electronice au devenit complet depășite. Primul calculator cu tranzistoare a fost

construit la Laboratorul Lincoln al M.I.T. Acesta a fost numit TX-0 (Tranzistorized

eXperimental computer 0)

A urmat PDP-1 al firmei DEC și cu acesta s-a născut industria minicalculatoarelor. Una

din multiplele inovații ale PDP-1 era un ecran de vizualizare și capacitatea de a afișa puncte

oriunde pe acest ecran cu rezoluția 512 pe 512. Foarte repede studenții au programt PDP-1

pentru a juca războiul stelelor și lumea a avut astfel primul joc pe video.

Câțiva ani mai târziu DEC a introdus PDP-8, o mașină pe 12 biți, care avea o inovație

majoră:o singură magistrală. O magistrală este o colecție de fire paralele utilizate pentru a

conecta componentele unui calculator (Figura 2):

Figura 2 – Magistrala

Această arhitectură a fost adoptată de aproape toate calculatoarele mici de atunci și până

în prezent.

Deși folosirea benzilor magnetice ca medii de stocare a început din timpul primei

generații de calculatoare, această tehnologie nu a fost suficient de dezvoltată astfel încât să fie

competitivă cu cartelele perforate decât în timpul celei de a doua generații de calculatoare.

Benzile magnetice erau mai rapide și puteau stoca mai multă informație într-un spațiu mai mic.

Tot acum apar și discurile magnetice. Avantajul lor este că permit acces mai rapid la datele

stocate.

Această perioadă se mai remarcă și prin apariția limbajelor care facilitează scrierea

aplicațiilor pe computer. In Tabelul 1 sunt prezentate cateva limbaje de programare.

Tot acum apar și primele aplicații mai importante pe computer. Sabre, primul sistem de

rezervare a biletelor de avion, dezvoltat pe baza cooperării dintre IBM și American Airlines a

fost prima aplicație a calculatoarelor și tehnicilor de comunicație pe scară largă. Telstar, lansat

în 1962 a fost prima comunicație prin satelit.

Magistrală

UCP Memorie Consolă Bandă

de hârtie Alte I/E


8

Tabelul 1 – Limbaje de programare

1955 - FORTRAN

1968 - PASCAL

1959 - COBOL

1968 - APL

1960 - LISP

1970 - FORTH

1964 - RPG

1970 - PROLOG

1964 - PL/I

1972 - C

1965 - BASIC

1980 - ADA

I.1.c. A treia generație de calculatoare – 1964-1980

Apoi, în 1964 IBM a dat din nou lovitura. Ei au introdus a treia generație de computere,

începând cu IBM 360. Noua generație a făcut ca mai vechile mașini să fie demodate,

rudimentare și a creat dificultăți în schimbarea computerelor miilor de firme care le dețineau.

Ceea ce au însemnat tranzistorii pentru a doua generație de calculatoare, au însemnat și

circuitele integrate pentru echipamentele aparținând generației a treia.

Invenția circuitului integrat a permis ca zeci de tranzistoare să fie puse pe un singur cip.

Această împachetare a făcut posibilă construirea unor calculatoare mai mici, mai rapide și mai

ieftine.

O altă inovație majoră a mașinii IBM 360 a fost multiprogramarea care implica rularea

mai multor programe în același timp, astfel încât atunci când unul aștepta pentru efectuarea

operațiilor de intrare/ieșire, celălalt putea face calcule.

O altă caracteristică importantă a calculatorului IBM 360 a fost un spațiu imens (pentru

acel timp) de adrese de memorie de 224 octeți (16 megaocteți).

I.1.d. A patra generație de calculatoare

După cea de-a treia generație a urmat a patra generație. Unii datează cea de-a patra

generație cam pe la 1971, odată cu introducerea integrării pe scară largă. Alții însă, consideră

aceasta ca fiind un pas evolutiv minor în comparație cu introducerea tranzistorului și a

circuitului integrat.

Integrarea VLSI (Very Large Scale Integration) a permis să se plaseze pe un cip întâi

zeci de mii, apoi sute de mii și în final, milioane de tranzistoare. Această dezvoltare a dus la

calculatoare mai mici și mai rapide.

După cum au conchis majoritatea angajaților din birouri, următoarea mare schimbare a

fost introducerea microcalculatorului. Primul microprocesor a apărut în 1971.

În anii ’80 prețurile calculatoarelor au scăzut așa de mult încât era posibil ca o persoană

să-și cumpere propriul calculator. Epoca calculatoarelor începuse.

Începând cu anul 1978 a luat avânt microcalculatorul de birou. În acel an, două

evenimente separate s-au combinat în mod întâmplător. Dan Bricklin și Robert Frankston au

format Software Arts și au lansat prima foaie de calcul tabelar în 1978: VisiCalc. În același an

a fost lansat microcomputerul Apple II. Cele două au părut ca făcute unul pentru celălalt și au

aprins imaginația oamenilor.

Calculatoarele personale erau utilizate într-un mod esențial diferit față de calculatoarele

mari. Ele erau folosite pentru prelucrare de texte, tabele de calcul și o mulțime de aplicații

puternic interactive ce nu puteau fi tratate adecvat de calculatoarele mari.


9

După multe discuții și observații asupra a ceea ce făceau alte companii, IBM, pe atunci

forța dominantă în industria calculatoarelor, a decis că dorește să penetreze în afacerile cu

calculatoarele personale. Primul calculator IBM PC a fost lansat în 1981 și a devenit instantaneu

cel mai vândut calculator din lume. În loc să mențină secretul total al proiectării noii mașini așa

cum făcea în mod normal, IBM a publicat planurile complete, inclusiv toate diagramele

circuitelor. Ideea care a stat la bază a fost aceea de a permite altor companii să producă plăci

direct încorporabile în IBM PC pentru a crește flexibilitatea și popularitatea calculatorului

personal. Multe alte companii au început să producă clone ale PC-ului. În acest fel, s-a creat o

întreagă industrie.

A urmat apoi o perioadă de avânt, în care performanțele calculatoarelor au fost

îmbunătățite de diferite companii nerăbdătoare să capteze atenția publicului. Calculatoarele au

devenit mai rapide, cu memorie mai mare, cu grafica mai bună, au apărut arhitecturi noi. În

1984 a apărut Apple Macintosh (care a fost neobișnuit prin faptul că avea un sistem de operare

cu o interfață grafică), urmat în curând de IBM PC AT. Apoi, în 1987 (cu îmbunatățiri în cei

câțiva ani următori), a apărut IBM PS/2.

Tehnologia a evoluat și mai mult astfel încât în prezent piața este invadată cu

calculatoare din ce în ce mai performante atât din punctul de vedere al capacității memoriei cât

și al vitezei de procesare.

I.2. Tipuri de calculatoare

În funcție de capacitatea lor, calculatoarele se clasifică în:

Microcalculatoare (Figura 3).

Minicalculatoare (Figura 4).

Mainframe-uri (Figura 4).

Supercalculatoare.

I.2.a. Microcalculatoare

Figura 3 – Modele de microcalculatoare

Cercetările remarcabile de la începutul anilor 1970 au făcut posibilă construirea unității

centrale de prelucrare într-un singur cip de siliciu, mai mic decât o monedă. Aceste calculatoare

într-un singur cip sau microprocesor pot fi produse în serie la un cost foarte mic.

Microprocesoarele au fost rapid integrate în mai multe produse: calculatoare de buzunar,

ceasuri electronice, jucării electronice, cuptoare cu microunde. Tot ele au făcut posibilă

construirea unor sisteme de calculatoare nu prea scumpe, microcalculatoarele. Pentru că nu sunt

prea scumpe și sunt destul de mici astfel încât o persoană să le poată utiliza acasă sau la serviciu

în scopuri personale, ele au mai fost numite calculatoare personale sau, pe scurt, PC-uri.


10

Microcalculatoarele au o arie de răspândire destul de largă. Ele pot fi folosite la ținerea

evidențelor de tot felul, redactarea corespondenței, calcule contabile, elaborarea facturilor, la

sistemele de secretariat sau la sistemele de decizie, pentru a aminti doar câteva din aplicațiile

curente.

I.2.b. Minicalculatoare

Minicalculatoarele sunt calculatoare de dimensiune medie. Din punct de vedere al

puterii de procesare, multe din ele se încadrează între microcalculatoare și mainframe-uri. Dar

există și microcalculatoare puternice care pot depăși performanțele unor minicalculatoare,

precum și microcalculatoare care pot atinge puterea de calcul a unor mainframe-uri mai mici.

Minicalculatoarele sunt mai scumpe decât microcalculatoarele și în general prețul lor nu este

accesibil pentru majoritatea persoanelor. Pentru alegerea tipului de calculator necesar o

companie trebuie să analizeze mai mulți factori. Pentru volumul lucrărilor ce trebuie procesate

într-o întreprindere mică sau mijlocie se poate ca un microcalculator să nu fie suficient. Sau se

poate să fie necesar ca mai mulți utilizatori să utilizeze în același timp aceleași date. Multe

microcalculatoare nu au suficientă putere pentru astfel de aplicații. Mainframe-urile, desigur

pot oferi aceste facilități, dar sunt mai mari și mult mai scumpe.

Figura 4 - VAX 897X, unul dintre cele mai răspândite minicalculatoare

I.2.c. Mainframe-uri

Mainframe-urile sunt calculatoare mai puternice din punctul de vedere al procesării

datelor, de dimensiuni mai mari, potrivite pentru organizațiile mari. Ele merg 24 de ore pe zi,

servind sute de utilizatori și procesând volume mari de informație.

În unele organizații, ca de exemplu marile laboratoare de cercetare științifică, este

nevoie să fie procesat un mare volum de informație. Aplicații ca trimiterea astronauților în

spațiul cosmic și prognoza vremii necesită calcule foarte multe și precise. În animația cu efecte

speciale folosită în filme și reclamele comerciale trebuie ca mari cantități de date să fie

prelucrate cu viteză foarte mare. Pentru a răspunde acestor cerințe, câteva firme oferă mașini

sofisticate foarte puternice, numite supercomputere. Aceste mașini sunt foarte scumpe, în jur

de câteva milioane de dolari.


11

Figura 5 - IBM 3090, Model 600E mainframe

II) Arhitectura calculatorului

Un mod de a privi componentele hard ale unui PC este acela de a ignora structura lor

fizică și de a le considera un bloc funcțional compact. Hardul fundamental al unui PC este

compus din următoarele elemente majore:

1. Procesorul. Procesorul este creierul calculatorului. El transmite instrucțiuni calculatorului la

un nivel foarte scăzut. Cu alte cuvinte procesorul execută programe. La microcalculatoare

procesorul mai este denumit microprocesor. În continuare se vor folosi noțiunile de date și

programe (sau cod, task). Programul spune procesorului ce să facă, iar datele sunt prelucrate de

programe.

2. Memoria. Memoria este locul unde procesorul găsește programele și datele atunci când își

îndeplinește sarcinile. Memoria este centrul activității, locul unde este păstrat tot ceea ce este

folosit la un moment dat. Memoria este un spațiu de lucru temporar, în care calculatorul notează

tot felul de lucruri atunci când calculatorul își face treaba. Dimensiunea memoriei impune

tipurile de programe care pot fi utilizate.

3. Un set de echipamente de intrare/ ieșire, incluzând tastatura, mouse-ul, imprimanta,

monitorul, etc. Prin intermediul acestor echipamente se realizează de fapt schimbul de

informații cu lumea externă a calculatorului, care poate fi reprezentată de operatori umani, alte

procesoare, memorii externe. Toate aceste dispozitive se atașează la microprocesor prin

intermediul unor circuite speciale, numite adaptoare sau controlere, care la rândul lor sunt

atașate la unitatea centrală prin intermediul magistralelor microprocesorului.

4. O magistrală sau un set de magistrale cu rolul de a conecta microprocesorul la memorie

sau la adaptoarele care fac posibilă atașarea altor dispozitive. Magistrala unui sistem este

componenta importantă, care definește performanțele sistemului.

5. Dispozitive de stocare, unde datele și programele sunt păstrate pe termen lung. Acestea

include medii de stocare nevolatile (magnetice sau optice) ca de exemplu discuri, CD-ROM-uri

și dischete.

6. Porturile- sunt interfețe hard (conectori fizici) folosite de adaptoare pentru conectarea la

dispozitivele de intrare-ieșire.

7. Conectorii de extensie sunt conectori fizici care permit ca după fabricație să poată fi atașate


12

la magistralele calculatorului o gamă largă de adaptoare. Ei permit extindrerea rapidă sau

modernizarea unui sistem cu noi echipamente de intrare/ieșire (I/O) sau memorie.

Aceste componente sunt prezentate în diagrama simplificată din Figura 6.

Figura 6 - Schema bloc simplificată a unui PC

Majoritatea componentelor care alcătuiesc calculatorul propriu-zis sunt plasate pe o

singură placă cu circuite imprimante, denumită placa de bază a sistemului (motherboard).

De la producerea primului PC pe piață au apărut câteva mii de modele și versiuni. Astăzi

există sute de tipuri de calculatoare cu performanțe, caracteristici și prețuri variate. Totuși, dacă

Unitate de

dischetă

Harddisc

Monitor

CD-ROM

Mouse

Tastatură

Conectori

de extensie

Microprocesor Sursă de

alimentare

Memoria

Adaptor de

tastatură

și mouse

P

O

R

T

Adaptor

CD-ROM

P

O

R

T

Adaptor de

harddisc

P

O

R

T

Adaptor de

imprimantă

P

O

R

T

Adaptorul

unității de

dischetă

P

O

R

T

Adaptor de

monitor

P

O

R

T

Imprimantă


13

UCP

Unitate de

control

Unitate

aritmetică

și logică

Regiștrii

privim varietatea arhitecturilor PC, observăm că există doi factori majori în funcție de care

putem să clasificăm calculatoarele.

1. Tipul și viteza microprocesorului

2. Arhitectura magistralelor

II.1. Procesorul

Procesorul, denumit uneori unitate centrală de prelucrare (UCP) reprezintă nucleul

calculatorului. El traduce instrucțiunile din programe (cereri de a executa calcule, deschideri de

fișiere, afișare pe ecran, gestionarea memoriei, etc.) în instrucțiuni hardware necesare pentru

execuția respectivelor instrucțiuni.

UCP este alcătuită din mai multe părți distincte. Unitatea de control răspunde de

extragerea instrucțiunilor din memoria principală și de determinarea tipului lor. Unitatea

aritmetică și logică execută operațiile necesare îndeplinirii instrucțiunilor. UCP mai conține și

o memorie mică, foarte rapidă, folosită pentru depozitarea rezultatelor temporare și a anumitor

informații de control. Această memorie este formată dintr-un număr de registre, fiecare având

o funcție și o dimensiune caracteristică. De obicei toate registrele au aceeași dimensiune.

Fiecare registru poate memora un număr, valoarea maximă a acestuia fiind determinată de

dimensiunea registrului. Registrele pot fi citite și scrise cu mare viteză deoarece ele se află în

interiorul UCP.

Un registru important este contorul program (Program Counter - PC) care indică

instrucțiunea următoare care va fi extrasă pentru execuție. De asemenea, este important și

registrul de instrucțiuni (Instruction Register - IR) care păstreză instrucțiunea în curs de

execuție. Majoritatea calculatoarelor dispun de multe alte registre, unele de uz general, altele

pentru scopuri bine determinate.

UCP execută fiecare instrucțiune într-o serie de pași mici. Fără a intra în detalii, pașii

sunt următorii:

1. Transferă instrucțiunea următoare din memorie în registrul de instrucțiuni.

2. Schimbă contorul program astfel încât să indice următoarea instrucțiune.

3. Determină tipul instrucțiunii extrase.

4. Dacă instrucțiunea are nevoie de un cuvânt din memorie, determină unde se găsește

acesta.

5. Extrage cuvântul într-unul din registre, dacă este cazul.

6. Execută instrucțiunea.

7. Reia pasul 1 pentru a executa instrucțiunile următoare.

În Figura 7 este prezentată schema simplificată a UCP:

Figura 7 – Unitatea central de prelucrare


14

II.2. Tipuri de microprocesoare

O lungă perioadă firma Intel a fost singurul furnizor important de procesoare X86,

ceilalți producători fiind autorizați și controlați de acesta. În prezent există mai multe companii

care oferă procesoare compatibile X86, fără nici o asistență din partea firmei Intel.

Firma AMD (Advance Micro Device) a fost primul concurent serios al companiei Intel.

Strategia firmei AMD consta în îmbunătățirea specificațiilor tehnice și în coborârea ușoară a

nivelului prețurilor. Spre deosebire de predecesoarele lor, ultimele modele K5 și K6 nu mai

folosesc nici o tehnologie Intel. AMD pretinde că performanțele deosebite ale acestor

procesoare se datorează unei arhitecturi superscalare superioare.

Firma Cyrix și-a dezvoltat propria sa linie de procesoare fără a folosi deloc tehnologiile

Intel. Ca și Amd, Cyrix încearcă să urmeze calea unor variante noi ale arhitecturilor existente.

Cu procesorul M1, Cyrix încearcă să atingă să atingă performanțe superioare procesoarelor

Pentium, folosind o arhitectură asemănătoare cu cea a procesoarelor produse de firma AMD.

Deoarece pe piața românească cele mai răspândite sunt calculatoarele bazate pe

microprocesorul Intel, în continuare ne vom referi la acest tip de microprocesor.

La început, procesoarele Intel aveau nume cum ar fi 8086, 8026 și așa mai departe. În

consecință, familia de procesoare compatibile cu acestea sunt denumite de obicei ca familia

x86. Începând cu procesorul Pentium, firma Intel a abandonat denumirea procesoarelor folosind

numere.

Clasele de procesoare Intel sunt prezentate în Tabelul 2:

Tabelul 2 – Clase de procesoare Intel

8086 80286 80386DX 80486DX Pentium Pentium

Pro

Pentium

II

Pentium

III

Mărimea

registrului 16 biți 16 biți 32 biți 32 biți 32 biți 32 biți 32 biți 64 biți

Magistrala de

date 16 biți 16 biți 32 biți 32 biți 64 biți 64 biți 64 biți 64 biți

Dimensiunea

adresei 20 biți 24 biți 32 biți 32 biți 32 biți 32biți 32biți 64 biți

Memorie

maximă 1 MB 16 biți 4 GB 4 GB 4 GB 4 GB 4 GB 4 GB

Memorie

virtuală Nu 1 GB 32 TB 32 TB 32 TB 32 TB 32 TB 32 TB

Viteza în

MHz 4.77-10 6-20 16-33 25-33 60-166 133-200 233-400 450-600

Coprocesor

matematic

Extern Extern Extern Intern Intern Intern Intern Intern

Definițiile pe scurt ale caracteristicilor prezentate în tabel sunt:

Mărimea registrului. Numărul de biți pe care microprocesorul îi poate prelucra în

același timp.

Magistrala de date. Numărul de biți pe care microprocesorul îi poate utiliza simultan

într-o operație de intrare sau de ieșire.

Dimensiunea adresei. Numărul maxim de biți din adresa de memorie; determină cât de

mulți octeți de memorie poate administra procesorul.

Memoria maximă. Este determinată de mărimea adresei. Cu cât este mai mare numărul


15

de biți de adresare, cu atât mai mare va fi cantitatea de memorie pe care o poate utiliza

procesorul.

Memorie virtuală. Unele modele pot utiliza unitățile de disc pentru a simula memoria.

Performanțele scad, dar sistemul nu mai ajunge așa de ușor în situația depășirii

capacitații de memorie. Începând cu modelul 80286, procesoarele Intel dispun de

această caracteristică.

Viteză. Viteza microprocesorului se măsoară în MHz. Un MHz echivalează cu un

milion de bază de ceas pe secundă. Cu cât viteza este mai mare, cu atât performanța

calculatorului crește.

Coprocesor matematic. Efectuează operații matematice complexe, cum ar fi operații

în virgulă mobilă, într-un mod mult mai eficient decât un program care rulează pe un

microprocesor standard. Furnizate la început ca un element opțional extern,

coprocesoarele au fost incluse în noile modele de procesoare Intel.

Ca prim procesor x86 pe 32 de biți, 80386 a constituit punctul de plecare pentru toate

procesoarele Intel care au urmat și, de aceea, discuția noastră va începe cu acest model.

II.2.a. Procesorul 80386

Procesorul 80386 a constituit fundamentul pentru procesoarele ulterioare dezvoltate de

Intel. 80386 a introdus câteva caracteristici noi în linia de procesoare Intel:

Registrele și magistrala de date pe 32 de biți, fiind primul procesor Intel pe 32 de biți.

Magistrală de adrese pe 32 de biți, permițând procesorului 80386 să adreseze 4GB de

memorie.

Memorie virtuală de 32 TB. Memoria virtuală contribuie la o îmbunătățire importantă a

performanțelor, deoarece permite depășirea capacității memoriei RAM.

Procesorul 80386 putea fi configurat pentru a simula comportamentul mai multor

procesoare 8086 lucrând în mod real. Acest mod de lucru, “virtual”, permitea fiecărui utilizator

sau program să opereze ca și cum ar fi avut la dispoziție un întreg mediu real 8086. Microsoft

Windows 3.x era probabil cel mai important program care recurgea la modul real virtual.

De o importanță semnnificativă a fost modul protejat, care permitea procesorului 80386

să lucreze cu memoria de deasupra limitei de 1MB, ca și cum ar fi fost un domeniu continuu de

memorie. Modul protejat a fost introdus odată cu procesorul 80286, dar a fost exploatat destul

de rar. Procesorul 80386 putea lucra cu 4GB de memorie în modul protejat - o caracteristică ce

reprezintă un avantaj pentru sistemele de operare pe 32 de biți.

II.2.b. Procesorul 80486

Procesorul 80486 combină trei seturi de facilități:

Arhitectura procesorului 80386.

Un coprocesor matematic intern.

Un controller de memorie de mare viteză, care îmbunătățește în mod semnificativ

performanța.

Versiunea 80486 nu a introdus noi caracteristici externe și funcționează ca o

modernizare compatibilă cu procesorul 80386. Totuși, mulțumită câtorva îmbunătățiri interne,

performanțele au crescut considerabil.

Cea mai importantă îmbunătățire a reprezentat-o controllerul de cache (cache

controller). Acesta mărește viteza cu care procesorul poate accesa memoria, utilizând un buffer

de 8KB în interiorul cipului microprocesorului.


16

Un coprocesor matematic poate efectua operații matematice complicate, operând direct

cu numere zecimale (în format virgulă mobilă). Multe aplicații erau avantajate de prezența

coprocesoarelor matematice, care au devenit componente interne standard începând cu

procesoarele 80486. Exemplele includ programe de proiectare asistate de calculator, prelucrări

grafice, programe de calcul tabelar, precum și software financiar și industrial.

Totuși, mulți utilizatori nu foloseau aplicații care să necesite prezența coprocesorului

matematic, așa că firma Intel a introdus versiunea 80486SX, care era identică cu 80486, având

însă coprocesorul matematic dezactivat. Versiunea cu coprocesor era denumită 80486DX.

Firma Intel a crescut permanent frecvența ceasului pentru procesoarele 80486. Mai întâi

a introdus o serie având frecvență dublă a ceasului, denumită DX2, care opera la

66 MHz. Apoi a introdus seria DX4 cu triplarea frecvenței ceasului, care lucra de la 75 MHz la

133 MHz

II.2.c. Procesorul Pentium

Firma Intel l-a denumit Pentium pe succesorul lui 80486.

Pentium aderă la arhitectura externă a procesorului 80486, cu o singură excepție: el

încorporează o magistrală de date pe 64 de biți. De aceea, procesorul Pentium poate prelua

datele de două ori mai rapid decât un 80486.

Procesorul Pentium încorporează, de asemenea, două memorii cache pe 8 biți-una

pentru cod și una pentru date - îmbunătățind capacitatea procesorului de a muta datele în și din

memorie. (Procesorul 80486 are numai o memorie cache pe 8 biți.)

Procesoarele Pentium au fost introduse pentru viteze de ceas de până la 166 MHz.

Primele versiuni de 60MHz și 66MHz au fost proiectate în tehnologia de 5 volți. Proiectanții

de sistem au avut probleme considerabile cu disiparea căldurii produse de Pentium-urile

alimentate la 5 volți, așa că Intel a ales soluția alimentării la 3,5 V pentru versiunea cu ceas de

90 MHz și versiunile anterioare. Atât căldura produsă, cât și puterea consumată de procesor se

reduc considerabil în cazul cipurilor de 3,5 V.

Anumite caracteristici ale procesorului Pentium erau noi în cadrul liniei de procesoare

Intel. Una dintre acestea este tehnologia superscalară care permite procesorului să efectueze

două instrucțiuni în timpul unui singur ciclu de ceas. Microprocesorul este echipat cu două

canale în care instrucțiunile sunt executate. Această tehnologie permite mai multor instrucțiuni

să se afle în stadii diferite de execuție, îmbunătățind astfel eficiența și permițând unității centrale

să execute mai multe instrucțiuni într-un ciclu de ceas, instrucțiuni care ar necesita probabil mai

multe cicluri de ceas pentru procesoarele x86 din seriile precedente.

Trebuie remarcate două tendințe care apar în proiectarea microprocesoarelor Intel. Una

dintre aceste tendințe este utilizarea tehnologiei submicronice. La vitezele de operare ale

microprocesoarelor, până și viteza semnalelor electrice devine un factor de limitare. Reducerea

dimensiunilor cipului este o cale de a asigura sosirea mai rapidă a semnalelor la destinațiile lor.

Metodele de fabricație la dimensiuni mai reduse permit, de asemenea, proiectanților să includă

mai mulți tranzistori pe un cip.

Cealaltă tendință o reprezintă utilizarea tensiunilor scăzute, reducerea semnificativă a

puterii consumate de unitatea centrală și reducerea cantității de căldură care este produsă. Se

tinde acum spre realizarea de cipuri cu tensiunea de alimentare de 2,9 volți, care să permită

utilizarea lor atât la calculatoarele de birou, cât și la calculatoarele portabile.

Iată modul în care se manifestă aceste tendințe la diferite microprocesoare X86:

80486. Realizat în tehnologie de 1,0, operând la 5 volți.

Pentium la 60 și 66 MHz. Realizat în tehnologie de 0,8, operând la 5 volți.

Pentium la 120-166 MHz. Realizat în tehnologie de 0,35, operând la 3,3 volți.

Pentium Pro la 150 MHz. Realizat în tehnologie de 0,6, operând la 3,1 volți.


17

Pentium Pro la 166-200 MHz. Realizat în tehnologie de 0,35, operând la 3,3

volți.

Pe măsură ce procesul de fabricație se îmbunătățește, tot mai multe tranzistoare vor fi

incluse într-un cip. Procesul 80486 include 1,6 milioane de tranzistoare, număr care s-a dublat

la procesorul Pentium, care include 3,3 milioane de tranzistoare. Procesorul Pentium Pro

include un număr de 5,5 milioane de tranzistoare.

II.2.d. Procesorul Pentium Pro

Un alt membru al familiei de procesoare x86 este Pentium Pro. Proiectarea procesorului

Pentium Pro a fost optimizată pentru sistemele de operare pe 32 de biți cum ar fi Windows NT

și OS/2, și pentru aplicațiile pe 32 de biți. Pentium Pro utilizează diverse artificii pentru

creșterea performanței.

Structura superscalară a procesorului Pentium Pro include trei canale și, în anumite

circumstanțe, poate executa trei instrucțiuni într-un ciclu de ceas.

O altă caracteristică nouă reprezintă supercanalele de prelucrare. Ca rezultat, procesorul

Pentium Pro poate opera la viteze de ceas mai mari. Pentru un proces de fabricație dat, Pentium

Pro poate opera la o viteză de ceas cu 30% mai mare decât Pentium.

Din păcate, există și un neajuns provocat de utilizarea codului scris pe 16 biți. Este

posibil chiar ca programele scrise pe 16 biți să se execute mai lent pe un procesor Pentium Pro

decât pe un procesor Pentium cu aceeași frecvență de ceas. Cu toate acestea, costul suplimentar

al procesorului Pentium Pro se justifică dacă se utilizează un sistem de operare pe 32 de biți,

cum ar fi Windows NT, iar majoritatea programelor folosite sunt disponibile în versiuni scrise

pe 32 de biți. Procesorul Pentium rămâne cea mai bună alegere pentru sistemul de operare

Windows 95, care deține încă multe componente scrise în cod de 16 biți.

II.2.e. Procesorul Pentium II

Noul procesor pe care Intel l-a scos în continuarea seriei a fost Pentium II, de fapt um

Pentium Pro cu extensii speciale pentru multimedia (numite MMX). Aceste extensii trebuiau

să accelereze calculele necesare pentru procesarea semnalelor audio și video, înlăturând nevoia

unor coprocesoare speciale multimedia.

La începutul anului 1998 Intel a introdus o nouă linie de produse, numită Celerov - o

variantă a procesorului II ieftină, cu performanțe scăzute, destinată PC-urilor de duzină. Tot în

1998 Intel scoate o versiune specială a procesorului Pentium II, destinată profesioniștilor. Acest

procesor, numit Xeon, dispune de o memorie cadru mai mare, o magistrală mai rapidă și suport

îmbunătățit, fiind în rest un Pentium II normal.

Toate cipurile Intel păstrează compatibilitatea cu modelele anterioare, mergând chiar

până la 8086.

II.2.f. Procesorul Pentium III

Ultima variantă a familiei de procesoare creată de Intel este Pentium III.

Printre facilitățile noi oferite de Pentium III menționăm frecvențe de ceas de la 450 la

600 MHz, 70 de instrucțiuni noi, extensii speciale pentru multimedia și lucrul pe Internet.

II.3. Magistrala

Diferitele componente ale unității unui sistem de calcul sunt interconectate pe cale


18

electronică, prin așa-numita magistrală de date, diferită de la un calculator la altul.

Principala diferență între magistralele de date este cantitatea de informație pe care o pot

transmite. Unele magistrale transmit datele pe 16 biți, altele pe 32 de biți. Cu cât numărul de

biți este mai mare cu atât viteza de transmitere a informației crește.

Magistralele sunt construite în conformitate cu anumite standarde. Dintre acestea cele

mai răspândite sunt ISA (Industry Standard Arhitecture), EISA (Extended Standard

Arhitecture), MCA (Micro Channel Arhitecture), VESA (Video Electronics Standards

Association) și PCI (Peripheral Component Interconnect).

Caracteristicile fiecărei magistrale sunt prezentate în Tabelul 3:

Tabelul 3 - Caracteristicile magistralelor

ISA EISA MCA VESA PCI

Magistrala de date

(biți)

8/16 16/32 8/16/32 32 32/64

Rata de transmisie

a datelor

(MB/secundă)

10 32 10-160 132 132-264

Conectoare

disponibile

8 12 8 2 3

Configurare

automată

Nu Da Da Nu Da

Caracteristicile care fac distincția între principalele modele sunt:

Magistrala de date. Magistrala de date a unei magistrale îndeplinește aceleași funcții

ca și magistrala de date a unui microprocesor: transportul datelor la și de la dispozitivele

de extensie. Cu cât magistrala de date este mai largă, cu atît mai multe date vor putea fi

mutate dintr-o dată.

Rata de transmisie a datelor. Cantitatea de date pe care le poate vehicula o magistrală

într-o secundă depinde atît de lățimea magistralei de date, cât și de frecvența ceasului,

măsurată în megahertzi (MHz). O magistrală de 16 biți poate transporta 16 biți dintr-o

dată și va realiza transferul datelor de două ori mai repede decît o magistrală de 8 biți,

care funcționează la aceeași frecvență de ceas.

Numărul maxim de conectori. Fiecare model de magistrală suportă un număr de

sloturi de extensie, care permit conectarea dispozitivelor la magistrală.

Configurare automată. Această facilitate configurează opțiunile hardware - cum ar fi

întreruperile și memoria, prin rularea unui program, în locul configurării unor jumpere.

II.3.a. Magistrala ISA

Magistrala pe care a dezvoltat-o IBM pentru PC-ul original era o magistrală I/O de 8

biți, care se potrivea cu capacitatea microprocesorului 8088. Atunci când a apărut

microprocesorul 80286, a fost introdusă o versiune pe 16 biți a magistralei. Această magistrală

a fost adoptată pe scară largă în aproape toate calculatoarele compatibile PC bazate pe

arhitectura IBM/Intel și a fost denumită magistrala ISA (Industry Standard Architecture).

Performanțele magistralei ISA au început să fie depășite la apariția standardului video

VGA 640x480. Magistrala ISA era limitată la o frecvență a ceasului de 8 MHz, care nu mai era

suficientă pentru procesorul 80386 și versiunile următoare. Magistrala ISA rămâne o opțiune

viabilă pentru dispozitive cum ar fi imprimantele, porturile seriale și controllerele de mouse,

dar este de departe prea lentă pentru discurile moderne sau pentru adaptoarele video.


19

II.3.b. Magistrala MCA

Atunci când IBM a introdus magistrala MCA (Micro Chanel Architecture) în anul 1987,

a ținut cont de limitările magistralei ISA. Micro Channel poate fi implementată cu magistralele

de date de 16 sau 32 de biți și, teoretic, poate opera la frecvențe de ceas de 100 MHz. Micro

Channel suportă o facilitate denumită controlul total al magistralei, care permite controllerelor

de pe plăcile de extensie să preia controlul asupra magistralei. Preluarea controlului asupra

magistralei permite efectuarea operațiilor pe magistrală, fără a fi nevoie ca unitatea centrală să

controleze procesul.

IBM a comis câteva erori tactice în cazul magistralei Micro Channel. Cea mai

importantă a fost aceea că a tratat această magistrală ca pe o tehnologie particulară și a cerut

producătorilor să plătească licența de utilizare. Deoarece magistrala ISA era gratuită, aproape

nici un producător nu a adoptat noua tehnologie. În plus, sistemele echipate cu magistrale Micro

Channel nu mai puteau folosi vechile plăci ISA, forțând utilizatorii să investească în noi plăci

de extensie. Pentru anumite funcții, plăcile ISA ofereau performanțe adecvate și, de aceea,

multe organizații au ezitat să investească pentru a trece la hardware-ul cerut de trecerea la

arhitectura Micro Channel.

II.3.c. Magistrala EISA

Industria avea nevoie de o magistrală asemănatoare cu Micro Channel, dar nu dorea să

plătească pentru ea, așa că un consorțiu format de nouă producători a dezvoltat magistrala EISA

(Extended Industry Standard Arhitecture ). Magistrala EISA putea efectua aproape toate

sarcinile pe care le putea realiza și Micro Channel. Ea oferea controlul total asupra operațiilor

de intrare/ieșire pe 32 de biți. Aceasta s-a realizat fără a sacrifica suportul pentru plăcile ISA de

8 biți și de 16 biți, prin proiectarea unui conector unic cu două nivele. Rândul de sus al

conectorului era identic cu magistrala ISA pe 16 biți. Rândul de jos suporta noile facilități EISA.

Plăcile ISA puteau fi încă utilizate deoarece se conectau numai pe rândul de contacte aflate

sus. Plăcile EISA se inserau în întregul conector și utilizau ambele rânduri de contacte.

Marea problemă a magistralei EISA este aceea că nu a putut rezolva limita de 8 MHz a

ceasului, care este moștenită din modelul conectorului ISA. EISA a dobândit o oarecare

popularitate, dar nu suportă vitezele ridicate necesare pentru adaptoarele video moderne.

II.3.d. Magistrala VESA Local Bus (VLBus)

O magistrală video mai bună a fost dezvoltată de către Video Electronics Standards

Association (VESA). Modelul VESA utilizează o tehnologie de tip magistrală locală, care

conectează magistrala de extensie direct la microprocesor.

Magistrala VESA a fost prima magistrală nebrevetată, care a depășit în mod

semnificativ limitele standardului ISA. În consecință, mulți producători au încercat să

proiecteze și alt tip de plăci decât plăcile video care să se poată conecta pe această magistrală.

Au fost introduse versiuni VESA pentru plăci de interfață pentru rețea și controllere de disc.

Totuși, magistrala VESA a fost proiectată pentru partea video; alte tehnologii reprezintă

adaptări forțate.

Magistrala VESA prezintă unele limitări semnificative. Abordarea de tip magistrală

locală este instabilă, deoarece structura sa trebuie să se potrivească îndeaproape unui anumit

microprocesor. Acest dezavantaj face magistrala VESA dificil de adaptat la procesoarele

Pentium.


20

Magistrala VESA a început să iasă din scenă atunci când procesorul Pentium a devenit

popular. Procesoarele Pentium necesită o magistrală de intrare/ieșire pe 64 biți. Deși a fost

introdusă o magistrală pe 64 biți VESA II, ea a sosit după ce standardul PCI era deja stabilit și

de aceea s-a bucurat de puțin suport.

II.3.e. Magisrala PCI

PCI este o magistrală de mare viteză, care evită multe dintre problemele unei magistrale

locale.

Procesoarele Pentium au nevoie de o magistrală pe 64 de biți, iar PCI a fost prima

magistrală destinată acestui scop. PCI suportă controlul total al magistralei și operează la

frecvențe de ceas de 33 MHz și 66 MHz, permițând rate de transfer de 132 MB/s.

În prezent, sunt disponibile aproape orice tipuri de extensii pentru magistrala PCI.

Interesant, structura magistralei PCI permite proiectanților să lucreze cu un număr redus de

circuite. În consecință, plăcile de extensie PCI au adesea costuri comparabile cu plăcile ISA.

O altă caracteristică a standardului PCI este aceea că oferă o nouă facilitate denumită

Plug-and-Play care este suportată de sisteme de operare cum ar fi Windows 95, NT.

Plug-and-Play permite sistemelor de operare să detecteze hardware-ul instalat și să configureze

automat parametri cum ar fi întreruperi, canale DMA și adrese, fără să fie nevoie de efectuarea

configurării manuale.

Magistrala PCI (Peripheral Component Interconnet) proiectată pentru Intel a devenit

magistrala dominantă în arhitecturile Intel PC de înaltă performanță, precum și în cazul multor

calculatoare RISC. Magistrala PCI a eclipsat standardul EISA, devenind magistrala folosită în

mod obișnuit la majoritatea calculatoarelor.

II.4. Memoria

În înțelesul strict, “memorie” poate să însemne orice dispozitiv de stocare a datelor.

O gamă largă de dispozitive și tehnologii pot stoca informații digitale într-o formă

accesibilă electric. Diferența dintre dispozitivele cunoscute în general sub numele de memorie

internă și sistemele de stocare a datelor pe discuri și benzi este dată de modul de funcționare.

Atât memoria normală, cât și sistemele de stocare pe disc păstrează informații de care

calculatorul are nevoie, dar fiecare are un mod propriu de a face acest lucru.

Memoria internă este “memoria pe termen scurt” a calculatorului. Această memorie este

ușor accesibilă, dar are o capacitate limitată în comparație cu alte sisteme de stocare.

Sistemul de stocare pe bază de discuri și benzi – memoria externă - memorează

informațiile pe care calculatorul trebuie să le păstreze un timp mai lung, iar capacitatea de

stocare este mult mai mare. Se consideră că memoria externă face parte din sistemul de intrare-

ieșire.

Memoria internă este de mai multe tipuri:

ROM (Read Only Memory) - acest tip de memorie conține programe scrise de

către fabricant. Memoria poate fi numai citită; nu poate fi ștearsă.

PROM (Programable Read Only Memory) este asemănătoare cu ROM numai că

în acest caz programele pot fi scrise în memorie de către utilizator. Pentru a scrie

în PROM sunt necesare dispozitive speciale. Odată înscrisă, informația nu mai

poate fi ștearsă.

EPROM (Erasable Programable Read Only Memory) este asemănătoare cu

PROM, numai că programele înscrise în memorie pot fi șterse prin expunere la

ultraviolete. Noul tip de memorie EPROM, EEPROM (Electrical EPROM)

permite ștergerea electrică a memoriei. Este folosită în supermarket-uri la casele


21

de marcat pentru a stoca prețurile produselor.

RAM (Random Access Memory). În această memorie datele pot fi stocate

temporar. La întreruperea tensiunii de alimentare datele conținute în acest tip de

memorie sunt pierdute. La origine PC-urile au fost concepute cu maximum 512

Kb de memorie RAM, ulterior această memorie extinzându-se la 640 Kb. și acest

volum de memorie s-a dovedit insuficient deoarece au apărut programe ce

utilizează memorie foarte multă, de tipul spreadsheet-urilor, programelor de

grafică și a marilor baze de date.

Prima soluție pentru depășirea acestei bariere a fost standardul de memorie expandată

(EMS - Expanded Memory Specification). Acesta a fost proiectat pentru a permite oricărui

calculator compatibil IBM, cu microprocesor INTEL 8080 sau 8086, să acceseze zona între

640 Kb și 1Mb, precum și memoria suplimentară până la 32 Mb. Tehnica utilizată este

“comutarea de pagină“ prin care sunt aduse pe rând pagini a 16 Kb din anumite plăci speciale

de memorie, într-o porțiune liberă, continuă, de 64 Kb (numită “page frame”), situată în zona

de adresare între 640 Kb și 1 Mb, deci vizibilă microprocesorului. Pentru a fi posibilă comutarea

paginilor este necesar un adaptor special și un software dedicat - un driver de gestiune a

memoriei. Deoarece Lotus, Intel și Microsoft au fost primele companii care au promovat

această tehnică, acest standard se mai numește LIM.

După apariția microprocesorului 80286, se putea lucra într-un mod de lucru special,

numit mod protejat, prin care se puteau accesa până la 16 Mb de memorie, situată pe plăci de

memorie numită extinsă. Primul standard pentru memoria extinsă (XMS - Extended Memory

Specification) a fost realizat de firma Microsoft și are rolul de a facilita partajarea memoriei

între diverse programe. Pentru a folosi XMS trebuie mai întâi încărcat un driver de memorie

extinsă Himem.sys.


22

Bibliografie

Antonescu, E., & Balan, G. (1995). Istoria calculatoarelor. Cluj Napoca: Editura PROMEDIA-

PLUS.

Ministerul Comunicaţiilor şi Societăţii Informaţionale. (n.d.). Utilizarea calculatorului

personal: Aplicarea TIC in scoala si afaceri. Retrieved from

http://www.ecomunitate.ro/upload/instruire/pdf/Modul%204%20Calc.pdf

Documents

ISTORIA CALCULATOARELOR · Dar istoria inventării calculatorului electronic are rădăcini foarte îndepărtate. Încă de la începuturile civilizației, negustorii și oficialitățile