Evoluția Sistemelor de Calcul

1. INTRODUCERE

1.1. Evolutia sistemelor de calcul

Sistemele de calcul au evoluat si evolueaza odata cu dezvoltarea tehnologiei de realizare a circuitelor electronice. Totusi performantele unui sistem de calcul pot fi îmbunatatite, fara schimbarea tehnologiei, doar prin modificarea arhitecturii sistemului.

Arhitectura defineste modul de organizare, de interconectare a unitatilor (blocurilor) constitutive ale sistemului, precum si unitatile însasi. Ea reprezinta un concept diferit de cel al schemei bloc; schema bloc reprezinta un mod particular de realizare hardware, în timp ce arhitectura defineste doar din punct de vedere functional unitatilse componente ale sistemului.

Un sistem de calcul (SC) este un sistem fizic care prelucreaza automat informatia codificata sub forma de valori discrete, conform unui program ce indica o succesiune determinata de operatii aritmetice si logice.

Un sistem de calcul este un ansamblu alcatuit din doua componente principale:

- componenta hardware (echipamentele fizice componente);

- componenta software (programele si structurile de date).

Un sistem de calcul modern este cu adevarat un ansamblu de procesoare, memorii, unitati functionale, retele de interconectare, dispozitive periferice, canale de interconectare precum si compilatoare, sisteme de operare, limbaje de programare, programe utilitare si de aplicatie.

1.2. Structura von Neumann a sistemelor de calcul secventiale

Structura de baza a calculatorului secvential, cu program memorat, stabilita de John von Neumann în 1945, este reprezentata în figura 2.1 si cuprinde cinci unitati functionale:

- unitatea de intrare ( UI );

- unitatea de memorare ( M );

- unitatea de iesire ( UE );

- unitatea aritmetico-logica ( UAL );

- unitatea de comanda ( UC ).

Modelului lui John von Neumann de constructie a calculatoarelor s-a impus de la începuturile masinilor de calcul electronic si este pâna în prezent singurul model functional. Acest model defineste calculatorul ca pe un ansamblu format din doua componente centrale: unitatea de comanda si memoria interna.

Unitatea de memorie reprezinta unitatea functionala a unui calculator în care se stocheaza informatia (date si programe). Memoria unui calculator este formata din:

- memoria interna (principala) pastreaza programele si datele ce se utilizeaza la un moment dat si este realizata cu circuite electronice de memorie;

- memoria externa (secundara) pastreaza toate celelalte programe si date ce trebuie sa se afle la dispozitia sistemului de calcul, iar implementarea memoriei externe se face prin echipamente fizice (periferice) de memorie, cum ar fi de exemplu banda magnetica, discuri magnetice de diferite tipuri, unitati de caseta magnetica.

Figura 2.1. Structura von Neumann

Unitatea de comanda (UC) este cea responsabila cu administrarea si prelucrarea informatiilor în timp ce memoria interna serveste la depozitarea acestora.

Unitatea aritmetico-logica (UAL) realizeaza prelucrarea informatiei preluate din memorie, iar rezultatele se depun din nou în memorie sau sunt furnizate în exterior. UAL realizeaza doua categorii de operatii:

- aritmetice (adunare, scadere, înmultire, împartire);

- logice ( SI logic, SAU logic, SAU-EXCLUSIV, NEGATIE ).

Acest ansamblu unitate de comanda plus memorie interna comunica cu exteriorul prin intermediul unitatilor de intrare si de iesire.

Unitatea de intrare permite introducerea informatiei în calculator. Acestea sunt furnizate de dispozitivul periferic de intrare si transferate spre unitatea comanda, prin intermediul tastaturi, cititor de cartele. UI realizeaza totodata conversia reprezentarii informatiei din forma externa accesibila omului (numere, texte, imagini) în format intern binar. Formatul intern este rezultatul utilizarii în constructia calculatoarelor a circuitelor electronice care prezinta la iesire numai doua stari stabile (niveluri de tensiune). Conventional cele doua stari se reprezinta prin cifrele binare (biti) “0” si “1”. Ca exemplu de unitati de intrare se pot enumera: tastatura, cititor de cartele, cititor de banda de hârtie, cititor optic de caractere, etc.