MICROPROCESORUL Unitatea Central de Prelucrare CPU Central Processing

MICROPROCESORUL Unitatea Centrală de Prelucrare (CPU – Central Processing Unit) este reprezentată în cazul PCurilor de microprocesor considerat a fi „creierul” calculatorului. Microprocesorul este un circuit integrat în care se află sute de circuite electronice, fixat pe placa de bază (motherboard). Microprocesorul interpretează şi execută instrucțiunile dintr-un program. Tipul microprocesorului defineşte apartenența acestuia la o familie de microprocesoare care au caracteristici comune, ce determină performanțele calculatorului.

Piața sistemelor de calcul este dominată de două familii mari de microprocesoare: Ø INTEL sau COMPATIBILE, folosite de calculatoarele IBM – PC sau compatibile, fabricate de firma IBM sau alte firme (AMD) ; Ø MOTOROLA, folosite de calculatoarele Machintosh realizate de firma APPLE. Cele două tipuri de microprocesoare nu sunt compatibile, adică nu înțeleg acelaşi set de instrucțiuni. Microprocesor produs de firma AMD Microprocesor produs de firma INTEL

Microprocesorul cuprinde: Ø Unitatea de comandă şi control (UCC) • emite comenzi de transfer către dispozitivele de intrare/ieşire • interpretează instrucțiunile din memoria internă • emite comenzi de prelucrare către unitatea aritmetică şi logică şi de transfer către memoria internă. Ø Unitatea aritmetică şi logică (UAL) – execută operații aritmetice şi logice cu datele furnizate de memoria internă. Datele sunt stocate temporar în locații speciale de memorie numite regiştri. După efectuarea calculelor datele sunt transferate sub controlul UCC înapoi în memoria internă.

Ø Regiştrii – servesc la memorarea pe scurtă durată a datelor prelucrate de UAL. De mărimea regiştrilor depinde dimensiunea datei stocate şi prelucrate. Mărimea regiştrilor reprezintă numărul de biți care pot fi prelucrați la un moment dat de calculator (8 biți, 16 biți, 32 biți, 64 biți, . . . ). Aceasta influențează performanțele microprocesorului. Ø Generatorul de tact – stabileşte viteza de lucru a microprocesorului. Aceasta este dată de frecvența de tact, se măsoară în MHz (megahertzi) şi arată numărul impulsurilor prin care se comandă operațiile. Cu cât frecvența de tact este mai mare cu atât viteza calculatorului este mai mare. Viteza cu care procesorul prelucrează datele depinde de: o frecvența de tact (în MHz) - reprezintă numărul de pași pe care îi poate executa procesorul într-o secundă. o lățimea registrelor - reprezintă numărul de biți care poate fi prelucrat de procesor într-un tact.

Microprocesorul este caracterizat de: q frecvenţă - aceasta este frecvența de tact, măsurată în MHz şi determină viteza de lucru q cuvânt (lățimea registrului) - (8 biți, 16 biți, 32 biți, 64 biți, …) – adică, cantitatea de informație pe care o prelucrează simultan q lăţimea magistralei - (8, 16, 32, 64 biți) – adică, cantitatea de informație care se poate „deplasa” simultan între procesor şi celelalte componente (similar numărului de benzi de pe şosea) q numărul, tipul şi viteza magistralelor.

Tipuri de procesoare Procesoarele sunt împărțite de regulă după setul de instrucțiuni, astfel: o Procesoarele CISC (Complex Instructions Set Computer). Sunt procesoare cu set complet de instrucțiuni, cu format variabil, care permit un număr mare de moduri de adresare. o Procesoarele RISC (Reduce Instructions Set Computer). Sunt procesoare cu set redus de instrucțiuni, care au instrucțiuni elementare, majoritatea putând fi executate într-o singură perioadă de ceas. Instrucțiunile au lungime fixă, folosind un singur acces la memorie. Procesoarele actuale realizeaza un mixaj intre RISC si CISC.

MEMORIA INTERNĂ Are are funcția de stocare a datelor. În această memorie se depun atât datele de intrare cât și programele precum şi datele de ieșire și intermediare. Din punct de vedere intern memoria este aranjată într-o matrice de celule de memorie, fiecare celulă fiind folosită pentru stocarea unui bit de date (0 sau 1 logic). Caracteristicile memorie interne sunt: ü Capacitatea memoriei interne - arată dimensiunea depozitului de informație; ü Timpul de acces - reprezintă intervalul de timp care se scurge din momentul în care s-a emis o cerere de acces la memorie pentru a se executa o operație de citire sau scriere şi până în momentul în care a început să se execute efectiv operația respectivă. Se măsoară în microsecunde sau monosecunde; ü Ciclul de memorie - reprezintă intervalul de timp în care se realizează o operație în memorie (citire sau scriere).

Unitatea de măsură a informației este bitul (bit). Opt biți formează un octet (byte – 1 B). Uzual se folosesc multiplii ai octetului: § kilo-octet sau kilo-byte: 1 KB=1024 octeți § mega-octet sau mega-byte: 1 MB=1024 KB § giga-octet sau giga-byte: 1 GB=1024 MB § terra-octet sau terra-byte: 1 TB=1024 GB Există două operații de bază cu memoria: § citirea – accesarea conținutului memoriei (fetch). § scrierea – modificarea conținutului acesteia (store);

Există două tipuri de memorie internă: Memoria ROM (Read-Only Memory) ü poate fi doar citită, este permanentă, nevolatilă. ü datele din ea sunt scrise o singură dată de către fabricant şi nu pot fi modificate decât prin tehnologii special. ü ea conține BIOS-ul (Basic Input/Output Sistem) un ansamblu de instrucțiuni necesare în procedura de pornire a calculatorului (Startup). Sarcina sa este să testeze componentele hardware şi să pornească (inițieze) încărcarea sistemului de operare. Memorie de tip CMOS-RAM – este o memorie de tip special, de mici dimensiuni, alimentată de un acumulator propriu, astfel că îşi păstrează conținutul şi după oprirea calculatorului. În ea sunt stocați parametrii de configurare hardware necesari pentru pornirea calculatorului. Ea conține şi circuitul pentru ceas, ce măsoară timpul şi contorizează data calendaristică.

Memoria RAM (Random Access Memory) ü este o memorie în care se poate scrie şi din care se poate citi. La scoaterea de sub tensiune a sistemului, informațiile scrise aici se pierd. ü este considerată memoria principală de lucru a calculatorului. ü poate fi citită şi modificată. ü în ea se încarcă programele şi datele aferente acestora, în vederea execuției. Memoria internă este şi cea care alimentează cu instrucțiuni (din program) şi date, microprocesorul. Rezultatele prelucrărilor sunt depuse temporar tot în memoria internă. Obs. Fiind o memorie volatilă datele se pierd la întreruperea alimentării cu energie a calculatorului, de aceea înainte de oprirea calculatorului ele trebuie scrise pe un suport de memorie externă. Principalul suport de depozitare al informațiilor este hard disk-ul, unde se află instalat soft-ul de bază şi cel de aplicații. La un moment dat un program va fi citit de pe hard disk şi va fi încărcat în memoria de tip RAM, de unde este lansat în execuție.

Din punct de vedere al principiului de stocare a datelor memoria RAM poate fi de tip: ü DRAM (Dynamic Random Access Memory) este o memorie cărei conținut se pierde dacă prin semnalele de comandă nu se specifică reîncărcarea celulelor cu un anumit conținut. Această operație se numeşte „reîmprospătarea memoriei”. ü SRAM (Static Random Access Memory). memoria SRAM este o memorie care păstrează conținutul celulelor binare fără prezența impulsurilor de reîmprospătare.

Memoria de tip CACHE reține un număr de comenzi din cele mai recente. La o nouă solicitare a aceloraşi comenzi răspunsul va fi mai rapid, deoarece comanda solicitată se află în zona de memorie specială de tip CACHE, şi nu va mai fi nevoie să fie căutată pe întreg hard disk-ul. MEMORIA EXTERNĂ ü este cea care păstrează datele şi după întreruperea alimentării cu energie, a calculatorului. ü se mai numeşte şi permanentă pentru ca păstrează datele pe timp nelimitat. ü are capacitate mare de stocare (practic nelimitată dacă ne gândim că putem utiliza atâtea suporturi de câte avem nevoie). ü este folosită pentru a arhiva date şi programe, pentru a efectua salvări şi restaurări de date periodic, pentru lucrul curent cu calculatorul. ü ea foloseşte suporturi/dispozitive de stocare a datelor: hard-disk, dischetă, discuri Jaz şi ZIP, CD, DVD, data cartridge, memorii flash, etc.

SUPORTURI / DISPOZITIVE DE STOCARE § Suporturile de stocare permit păstrarea pentru un timp mai lung, sau mai scurt a informațiilor. § Suporturile de stocare reprezintă memoria externă. Memoria externă reprezintă tipul de memorie destinat în special utilizatorilor dar şi unor programe (sistem de operare) care asigură interfața om-calculator, gestiunea echipamentelor din configurație, controlul execuției programelor utilizatorilor. Suporturile de stocare au: § capacitate mare de stocare § viteză de acces relativ mică în comparație cu memoria internă Acestea sunt de mai multe tipuri: discuri, benzi, memorii flash, etc. . Înregistrarea, citirea, ştergerea informațiilor pe / de pe acest tip de memorie se face prin intermediul unor dispozitive specializate: unitate de dischetă, unitate de CD, CD-Writer, Streamer, etc.

HARD DISK-ul (HDD) § este un suport magnetic, de capacitate mare § acesta poate fi fix (situat în interiorul carcasei calculatorului) sau mobil (detaşabil) § din punct de vedere al capacității de memorare şi al vitezei de lucru este superior altor dispozitive de stocare. § Din punct de vedere al structurii fizice hard disk-ul este alcătuit din mai multe discuri magnetice montate pe un ax comun.

Fiecărui astfel de disc îi corespunde o pereche de capete de citire/scriere, care se deplasează în dreptul sectorului ce trebuie inscripționat sau citit. Suprafața discului este împărțită în piste (cercuri concentrice). Cantitatea de informație ce poate fi stocată depinde de caracteristicile constructive ale hard-discurilor. Informațiile stocate pe hard disk pot fi în egală măsură citite, modificate, şterse, sau scrise. Din acest punct de vedere se consideră hard disk-ul un echipament şi de intrare şi de ieşire.

SSD (SOLID-STATE DRIVE) este un dispozitiv de stocare a informației care folosește alt principiu față de HDD – el folosește microcipuri pentru stocarea informației, într-o formă nevolatilă (păstrează informația și atunci când nu sunt conectate la o sursă de curent) și fără a folosi părți în mișcare. Ø au o rezistență mai mare la șocuri Ø sunt mai silențioase Ø accesul la informația stocată se face mult mai rapid. Prețul unui astfel de dispozitiv este însă foarte mare în comparație cu celelalte tipuri de discuri dure.

DISCUL FLOPPY (discul flexibil) Floppy disk-ul sau discheta este un suport de stocare magnetic, mobil. Discheta este alcătuită dintr-un disc flexibil protejat de un înveliş de protecție din plastic. Pentru a citi/scrie o dischetă avem nevoie de o unitate de dischetă în interiorul căreia se introduce discheta. Unitatea de dischetă este prevăzută cu un mecanism de citire/inscripționare. Sunt dispozitive de stocare lente. Capacitatea standard a dischetei de 3, 5 inch (1 inch=2, 54 cm) este de 1. 44 MB. Există şi versiuni de 2, 88 MB. Au existat de asemenea variante de dischete de 5, 25 inch cu o capacitate de până la 1, 2 MB.

COMPACT DISK (CD) Este suport de memorie externă cu caracteristici superioare față de discurile flexibile. Stocarea şi accesarea datelor pe CD-ROM-uri, se realizează prin mijloace optice cu o viteză mult mai rapidă, care reduc numărul de componente mecanice şi măresc fiabilitatea suportului. De aici şi denumirea lor de discuri optice. Spre deosebire de floppy şi hard disc, informația nu este aranjată în cercuri concentrice, ci ca o singură spirală de la începutul discului până la sfârşitul său. Citirea datelor stocate pe CD-uri se efectuează cu dispozitive speciale. Acestea pot fi dispozitive ce permit numai citirea, sau dispozitive ce permite atât citirea cât şi inscripționarea datelor. Pentru inscripţionarea datelor este necesar un dispozitiv special numit CD-Writer.

Din punct de vedere al posibilităților de inscripționare memoriile de tipul Compact Disk pot fi: q CD-ROM-ul (Compact Disk Read Only Memory) – este un mediu optic de stocare permite numai citirea datelor. q CD-R - este un CD care poate fi inscripționat o singură dată chiar şi de un utilizator obişnuit. El poate fi inscripționat în etape şi informația deja scrisă se păstrează. Este nevoie de un program special de inscripționare. q CD-RW - este un Compact Disk al cărui conținut poate fi modificat de mai multe ori. El poate fi şters şi reinscripționat. Este necesar şi în acest caz un program de reinscripționare şi un echipament special pentru citire/scriere.

Digital Video Disc (DVD - Digital Versatile Disc) DVD-urile sunt suporturi de memorie optică care stochează informația cu o densitate mult mai mare decât în cazul CD-urilor ajungându-se astfel la o capacitate de 4, 5 GB pe o suprafață de scriere. DVD-urile dual layer au o capacitate de 8, 5 GB obținută prin folosirea a două suprafețe de scriere paralele. Sunt folosite pentru a stoca filme, muzică, date, etc. Ca şi în cazul CD-urilor există variante DVD-R şi DVD-RW. Acestea pot fi citite şi înregistrate în unități speciale pentru DVD.

DISCUL BLU-RAY Blu-ray este următoarea generație de discuri video digitale. Avantajul discului Blu-ray este cantitatea de informații pe care o poate înmagazina. Ø Un disc Blu-ray cu un singur strat (single layer Blu-ray), care aproximativ aceeaşi dimensiune ca un DVD, poate înmagazina până la 27 GB de date Ø Un disc Blu-ray cu două straturi (double layer Blu-ray) poate înmagazina 54 GB de date Blu-ray are o rată de transfer a informației mult mai mare – 36 Mbps (mega biți pe secundă) – ca DVD-urile actuale, care transferă la viteze de 10 Mbps. DISCUL ZIP ŞI JAZ Discurile ZIP şi Jaz sunt suporturi optice de capacitate mare de ordinul sutelor de MB. Sunt asemănătoare dischetelor şi sunt folosite în general pentru arhivarea datelor şi pentru transferul acestora de la un calculator la altul.

DATA CARTRIDGE Data cartridge sunt casete cu bandă magnetică. Capacitatea lor la ora actuală depăşeşte 1 GB (poate fi şi de ordinul zecilor de GB). Se folosesc pentru crearea copiilor de siguranță în special de pe servere. Accesul la date este secvențial, nu direct ca în cazul celorlalte memorii externe. Este nevoie de un dispozitiv special pentru a putea fi utilizate, numit Streamer. MEMORII FLASH Memorii flash sunt memorii externe portabile de capacitate mare. Sunt de dimensiuni mici şi au o viteză remarcabilă de transfer a datelor. Se folosesc pentru stocarea datelor în vederea transferului acestora între calculatoare. Sunt variate ca formă şi dimensiune. Se conectează la interfața USB printr-un dispozitiv ce se numeşte Flash Pen Drive.