CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

1 

 

ARHITECTURA SISTEMELOR DE CALCUL 

1.1.  Sisteme electronice de calcul Un sistem electronic de calcul reprezintă un ansamblu de echipamente (hardware) care, 

împreună  cu  un  sistem  de  programe  (software)  realizează  prelucrarea  automată  a  datelor furnizate de utilizatori în scopul obţinerii informaţiilor. 

Termenul de calculator electronic este echivalent cu termenul "computer" (în engleză), "ordinateur"  (în  franceză)  şi  se  refera  la  un  sistem  de  calcul  care  îndeplineşte  următoarele condiţii: 

• dispozitivele de lucru sunt realizate din circuite electronice; • prelucrează informaţie codificată sub formă binară;   • prelucrarea informaţiei se realizează prin operaţii aritmetice şi logice; • are memorie internă capabilă să memoreze date şi programe; • efectuează prelucrări în mod automat pe bază de program; • prelucrează un volum foarte mare de informaţie într‐un interval de timp     foarte mic. 

 Clasificarea sistemelor de calcul Există mai multe criterii după care sistemele de calcul pot fi clasificate. Un prim criteriu îl 

constituie modul de reprezentare a informaţiilor prelucrate. Conform acestui criteriu se disting 3  categorii  de  calculatoare,  şi  anume:  calculatoare  analogice,  calculatoare  numerice, calculatoare hibride. 

Se numeşte  calculator analogic echipamentul alcătuit dintr‐un  set extins de elemente liniare,  amplificatoare  operaţionale,  şi  circuite  numerice  ce  pot  fi  interconectate  de  către utilizator. 

Se  numeşte  calculator  hibrid  ansamblul  format  dintr‐un  calculator  analogic  şi  unul numeric de capacitate medie interconectate prin intermediul unei interfeţe hibride. 

Se  numeşte  calculator  numeric,  sistemul  destinat  prelucrării  informaţiei  numerice, prelucrare  ce  se  face  în  mod  automat,  pe  baza  unui  program  ce  indică  o  succesiune determinată de operaţii aritmetice şi logice. 

Alte criterii de clasificare sunt: viteza de  lucru, capacitatea de memorare a  informaţiei, modul de reprezentare  internă a  informaţiei, numărul şi tipul operaţiilor  logico‐aritmetice care pot fi executate, structura, complexitatea echipamentelor componente, preţul de cost, domeniul de utilizare, volumul de informaţie de prelucrat. 

Conform acestui ultim criteriu calculatoarele se pot împărţi în: • maşini de calcul de birou; • calculatoare de buzunar; • microcalculatoare ‐ sunt sisteme de calcul dezvoltate în jurul unui microprocesor; • minicalculatoare ‐ sunt calculatoare universale cu program memorat intern capabile 

să execute operaţii aritmetice şi  logice cu viteze de 103  ‐ 106 operaţii/secundă. Au 

CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

2 

posibilitatea  unui  dialog  cu  o  gamă  largă  de  echipamente  periferice,  posedând totodată o structură modulară; 

• calculatoare  mari  (mainframes)  ‐  au  o  putere  de  calcul  foarte  mare  datorită elementelor de paralelism incluse atât la nivel hardware cât şi software, capacităţii memoriei interne şi gamei largi de echipamente periferice ce li se poate ataşa); 

• supercalculatoare.  

Calculatoarele  pe  care  le  folosim  în mod  curent  în  zilele  noastre  se  numesc  PC‐uri (Personal Computer = Calculator Personal).  Termenul  tehnic  al PC‐ului  a  fost  acela de micro data processor. Acest termen a fost înlocuit cu cel de PC.  

 Conceptul de microcalculator Un  microcalculator  este  un  calculator  realizat  în  jurul  unui  microprocesor,  care 

constituie  unitatea  centrală  de  prelucrare. Microprocesorul  realizează  funcţiunile  unităţii  de comandă şi control  (UCC)  şi unităţii aritmetico‐logice  (UAL). Daca  la microprocesor se adaugă dispozitive  de  alimentare  cu  energie  electrică,  circuite  de memorie  şi  circuite  de  interfaţă pentru echipamente periferice obţinem ceea ce numim un microcalculator. 

Dupa forma unitatii de sistem, microcalculatoarele se pot clasifica în: • PC‐uri Desktop care au unitatea de sistem de  formă paralelipipedică cu 

baza mare jos; acesta a fost modelul de bază, iniţial; • PC‐uri  Tower  şi Minitower  (turn)  în  care unitatea de  sistem  are  forma 

unui turn; constituie modelul cel mai extins la ora actuală; • laptop‐uri, ce au  forma de geantă diplomat, cu un ecran plat realizat  în 

tehnologia LCD (Liquid Chrystal Display) şi sunt destinate călătoriilor sau lucrului în afara biroului. 

   Figura 1. 1.  Tower vs. Desktop Firma Compaq a fost cea care a fabricat pentru prima dată un calculator compatibil IBM 

care putea fi plimbat ca orice alt bagaj. A fost botezat portabil. Termenul laptop a înlocuit termenul de portabil când respectivul calculator, ca urmare a 

îmbunătăţirilor aduse, a început să scadă în greutate, ajungând să cântărească doar 4‐5 kg. Extinderea  ariei  de  cuprindere  a  microcalculatoarelor  la  laptop‐uri,  notebook‐uri, 

palmtop‐uri şi tablet (pen based) a avut  loc datorita tendintei din ţările dezvoltate de a utiliza calculatoarele în afara biroului, cuplate la linia telefonică pentru accesarea bazelor de date ale întreprinderii. 

Laptop‐urile au apărut în 1982, ca produs al GRiD Systems. Perfecţionările au urmărit ca direcţii:  reducerea greutăţii, perfecţionarea  tehnologiei de afişare  (ecranul), creşterea duratei de viaţă a bateriei, amplificarea performanţelor sub aspectul puterii de calcul (procesor, RAM, hard‐disc, unităţi 

CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

3 

de disc  flexibil  şi optic). Topul actual al producătorilor  include: Toshiba, Compaq, Acer, DEC, IBM , NEC, Fujitsu, Sony, Hewlett‐Packard. 

Notebook‐urile  apar  în 1988,  fiind  realizate de  firma NEC. Aveau  greutatea  redusă  la jumătate  faţă  de  un  laptop,  astfel  încât  puteau  să  încapă  într‐o  servietă.  Producătorii  sunt aceiaşi ca pentru categoria precedentă. 

 Figura 1. 2. Notebook Palmtop‐urile au numai 0,5 kg  sau chiar mai puţin  şi pot  fi  ţinute  în palmă, având un 

ecran  care  are  de  cele mai multe  ori  numai  8  linii  de  afişare.  Se  utilizează  în magazine  sau depozite  pentru memorarea  stocurilor  sau  a  vânzărilor,  datele  respective  fiind  transmise  la centrul de prelucrare prin intermediul unei linii telefonice. Producători: Hewlett‐Packard, 3Com, NEC, Sony, Telxon, Intermec. 

 Figura 1. 3. Palm Computer Microcalculatoarele  tablet  au  fost  introduse  în  1990  de  firma  GRiD  Systems,  fiind 

denumite şi pen‐based, având utilizare  în aplicaţiile  în care datele pot fi  introduse altfel decât de la tastatură. S‐a conceput o planşetă specială, de fapt un ecran, pe care se poate interveni cu un pix sau stilou proiectat special. 

Dacă la început preţul lor era de 5000$, în 1994 au ajuns să coste 2000$, iar în perioada curentă ele sunt sub 500$. Cele mai multe  incorporează software de  recunoaştere a scrisului sau de recunoaştere a vorbirii, cu limitele impuse de aceste tehnologii. În 1998 erau 33 de firme producătoare, între care IBM, Toshiba, Fujitsu, Telxon, Intermec. 

 Figura 1. 4. Tablet PC  

CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

4 

Calculatoarele  portabile  formează  segmentul  cel  mai  recent  de  pe  piaţa  PC‐urilor, segment  care  a  cunoscut  o  creştere  extrem  de  rapidă.  Astfel,  în  SUA  se  vând  aproximativ 120.000 pe lună (Toshiba deţine 20% din vânzări). 

 1.2. Modelul  von Neumann.  În  anul  1947,  John  von  Neumann  publica  în  SUA  proiectul  primului  calculator  cu 

program memorat, cu prelucrarea secvenţiala a  instrucţiunilor şi datelor, memorate  împreună în aceeaşi formă şi accesibile în acelaşi mod (EDVAC – Electronic Discrete VAriable Computer) în care precizează următoarele componente ale unui calculator electronic: 

• unitatea aritmetică; • unitatea centrală de control; • unitatea de intrare; • unitatea de memorie pentru stocarea datelor şi a instrucţiunilor; • unitatea de ieşire. 

Această  structură  a  devenit,  în  timp,  o  structură  generală  a  calculatoarelor,  fiind întâlnită  pe  scară  largă  şi  în  calculatoarele  moderne.  Vorbim  astfel  despre  modelul  Von Neumann, bazată pe  două categorii de componente (fig. 1.5.): 

• unitatea centrală; • echipamentele periferice. 

Figura 1.5. Structura de principiu a unui calculator       

CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

5 

Unitatea centrală constituie componenta de bază a sistemului şi este formată din: • unitatea  aritmetică  şi  logică  (UAL),  capabilă  să  efectueze  operaţiile 

aritmetice şi logice; • memoria  internă  (MI)  care  păstrează  programele  şi  datele  în  curs  de 

prelucrare; • unitatea  de  comandă  şi  control  (UCC)  care  dirijează  funcţionarea 

întregului ansamblu dând comenzi celorlalte componente. Echipamentele periferice realizează legătura calculatorului cu mediul înconjurător. Se disting următoarele categorii de echipamente periferice: 

• echipamente  periferice  de  intrare,  care  permit  citirea  datelor (introducerea datelor în sistem): ex. tastatura, mouse, scanner, cititor de coduri de bare; 

• echipamente periferice de  ieşire cu ajutorul cărora se extrag rezultatele sub o forma accesibila omului: ex. imprimanta, monitor etc.; 

• echipamente periferice de stocaj (de intrare/ieşire) care dispun de unităţi de memorie auxiliară capabile să stocheze, sub o formă direct accesibila calculatorului, mari  cantităţi  de  date  şi  informaţii:  ex.  unităţi  de  disc  magnetic,  unităţi  de  bandă magnetică, unităţi CD‐ROM/DVD‐ROM, memorii flash, etc.; 

• echipamente periferice de comunicaţie ce permit transmiterea datelor la distanta prin  intermediul  liniilor de  comunicaţii:  ex. modem,  echipamente de  cuplare (hub, switch). Funcţiile de prelucrare  şi control sunt  realizate de UAL  (Unitatea Aritmetico–Logică)  şi 

UCC  (Unitatea de Comandă şi Control). De aceea se consideră ca ele sunt componentele UCP (Unitatea Centrală de Prelucrare – CPU: Central Processing Unit). În literatura de specialitate se întâlnesc şi alte opinii cu privire  la structura calculatoarelor electronice. Astfel se consideră că unitatea centrală de prelucrare cuprinde memoria internă şi procesorul (UCC+UAL). 

La UCP se pot conecta diferite echipamente periferice, module de memorie, unităţi de interfaţă obţinându‐se calculatoare având configuraţii diverse. 

Prin urmare mulţimea tuturor componentelor care sunt asamblate şi conectate pentru a realiza un sistem de calcul, definesc configuraţia sistemului de calcul respectiv. 

Configuraţia de bază reprezintă numărul minim de componente pentru ca sistemul de calcul să fie operaţional. Adăugarea unor componente suplimentare este oricând posibilă până la o  limită maximă admisă de unitatea  centrală de prelucrare.  În acest  fel  se poate  realiza o configuraţie ce corespunde cel mai bine cerinţelor utilizatorului  şi posibilităţilor  financiare ale acestuia. 

 1.3. UNITATEA CENTRALĂ – STRUCTURĂ ŞI FUNCŢIONARE   Unitatea  centrală  (UC)  a  calculatorului  cuprinde  memoria  principală,  unitatea  de 

comandă şi control şi unitatea aritmetico‐logică. Între componentele UC precum şi între acestea şi echipamentele periferice se realizează permanent schimburi de date şi comenzi, mediate fizic de conductorii electrici ce vehiculează informaţia sub formă de impulsuri. Unitatea de comandă şi control (UCC) coordonează funcţionarea întregului sistem stabilind legături prin schimburi de informaţii şi transmiterea de ordine şi comenzi. 

CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

6 

Schema  funcţională  a  unui  calculator  electronic  pune  foarte  bine  în  evidenta  aceste legături (fig. 1.6.) 

 Figura 1. 6 Schema funcţională a unui calculator electronic  Unitatea  de  intrare  preia,  sub  controlul UCC,  informaţiile  (instrucţiuni  şi  date)  de  la 

echipamentele periferice de  intrare  (tastatură, scanner, etc.) sau de  la perifericele de stocare (unităţi  de  discuri  magnetice,  unităţi  de  bandă  magnetică)  şi  le  transpune  în  forma  de reprezentare internă, specifică maşinii, transferându‐le în unitatea de memorie (MI). 

Unitatea de  ieşire  (fig. 1.7) preia,  tot  sub controlul UCC,  informaţiile corespunzătoare din  unitatea  de  memorie  (rezultatele)  şi  le  transferă  unor  periferice  de  ieşire  (display, imprimantă etc.) sau unor periferice de stocare (unităţi de discuri magnetice, unităţi de bandă magnetică  etc.).  Se  obţine,  astfel,  forma  direct  interpretabilă  a  rezultatelor  (pe  ecran,  la imprimantă) sau o formă intermediară, pe suport magnetic, ce poate fi apoi uşor  vizualizată. 

Echipamentele  periferice  se  conectează  la  unitatea  de  intrare  sau  ieşire  printr‐o interfaţă standard. În cele mai multe cazuri unităţile de intrare şi unităţile de ieşire formează un singur ansamblu: unitatea de intrare/ieşire. Schema unităţii de I/E este următoarea: 

 Figura 1. 7. Unitatea de Intrare / Ieşire  Legăturile  între diferitele componente ale  sistemului de calcul  sunt de două categorii: 

legături reprezentând schimburi de date şi legături reprezentând schimburi de comenzi. Oricare ar fi datele prelucrate sau stocate, ele circulă în sistem sub forma unor impulsuri 

electrice  ce  tranzitează  circuitele.  Din  raţiuni  tehnice  circuitele  electronice  au  doua  stări distincte  (deschis,  închis;  două  niveluri  distincte  de  tensiune  etc.).  Cele  două  stări  distincte corespund  cifrelor binare 0  şi 1.  Toate  caracterele  (alfabetice,  speciale, numerice etc.)  vor  fi  reprezentate în sistem sub forma unor combinaţii de cifre binare, 0 şi 1. 

Unitatea  aritmetico‐logică  (UAL)  este unitatea de  execuţie  care  efectuează operaţiile aritmetice şi logice asupra operanzilor aplicaţi la intrare în conformitate cu o comandă, un cod de operaţie furnizat de UCC şi redă rezultatul. 

CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

7 

Unitatea de comandă şi control (UCC) constituie "inima" calculatorului şi asigură citirea instrucţiunilor  din memoria  internă  şi  execuţia  lor.  Coordonează  prin  semnale  de  comandă funcţionarea  tuturor  celorlalte  unităţi  ale  calculatorului  şi  girează  schimburile  de  informaţii între ele. 

Unitatea de memorie  (memoria principală  sau memoria  internă)  reprezintă principala resursă  a  unui  sistem  electronic  de  calcul.  Memoria  internă  este  un  dispozitiv  capabil  să înregistreze  informaţiile  pentru  a  le  furniza  apoi  sub  forma  impulsurilor  electrice  spre  UAL pentru executarea comenzilor primite de la UCC. 

Din punct de vedere fizic, memoriile calculatoarelor electronice sunt realizate din medii fizice capabile să aibă mai multe stări distincte, de obicei două. 

Pe principiul substanţelor feromagnetice au fost construite memoriile cu inele de ferită, corespunzătoare calculatoarelor din generaţia a doua şi a primelor calculatoare din generaţia a treia. Starea de magnetizare sau demagnetizare a unui inel de ferită corespunde valorilor binare 1 sau 0. 

În  ultimii  ani,  memoriile  semiconductoare  domină  şi  sunt  utilizate  la  majoritatea calculatoarelor  cunoscute.  Ele  sunt  încadrate  în  două  mari  categorii,  după  tehnologiile  de realizare: 

• memorii  bipolare,  care  utilizează  circuite  integrate  LSI,  VLSI,  WSI  (Large  Scale Integration, Very LSI, Wafer Scale Integration) cu tranzistori bipolari; 

• memorii MOS (Metal Oxide Semiconductor) bazate pe tranzistori cu efect de câmp. În  memoria  principală  fiecare  informaţie  este  conţinută  într‐o  locaţie  ce  poate  fi 

identificată în mod univoc printr‐o adresă. Se spune că memoria internă este adresabilă, adică se poate citi direct conţinutul unei locaţii fără a citi în prealabil conţinutul altor locaţii pentru a identifica astfel  informaţia căutată. Deci accesul  la  informaţia stocată  în memoria  internă este selectiv. 

Unitatea  elementară  a  memoriei  interne  este  celula  binară  (bitul)  care  permite memorarea unei cantităţi de informaţie de 1 bit. Opt celule binare formează un octet (Byte). 

În memoria internă pot fi reprezentate toate categoriile de date şi informaţii indiferent de  natură  (numerice,  alfabetice  etc.)  cu  ajutorul  codurilor  interne  de  reprezentare  (ASCII  – American Standard Code for Information Interchange; EBCDIC – Extended Binary Coded Decimal Interchange Code, UNICODE). 

Parametrii care caracterizează memoria  internă sunt:  lungimea cuvântului, capacitatea totală, timpul de acces, costul. 

Lungimea  cuvântului  desemnează  mărimea  zonei  (locaţiei,  casetei)  adresabile. Lungimea  cuvântului depinde de  tipul  calculatorului: 8 biţi  (la primele microcalculatoare), 16 biţi (la primele microcalculatoare IBM–PC), 32 biţi, 64 biţi etc. 

Capacitatea totală a memoriei se exprimă  în mod obişnuit  în kiloocteţi sau megaocteţi şi exprimă volumul de informaţii care poate fi stocat. Spre exemplu, microcalculatoarele IBM‐PC aveau memoria internă de 128KB, extensibilă până la 640KB, IBM PC/XT aveau memoria internă de 256KB extensibilă până  la 640 KB. Microcalculatoarele actuale au memoria  internă de 32 MB, 64 MB, 128 MB sau mai mult. 

  

CURS 1 – BAZELE TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI 

I. Buligiu – 2009/2010 

8 

 Unităţi de măsură pentru capacitatea memoriei Tabelul 1.1. 

Unitate de măsură 

Prescurtare  Explicaţii 

1 byte (octet)  B  8 biţi 1 Kilobyte  KB  210 B 1 Megabyte  MB  210 KB 1 Gigabyte  GB  210 MB 1 Terabyte  TB  210 GB 1 Petabyte  PB  210 TB 1 Exabyte  EB  210 PB 

 Timpul de acces la informaţie desemnează intervalul de timp de la furnizarea adresei în 

registrul de adrese până la obţinerea informaţiei disponibile în registrul de date. Se exprimă, de obicei, în nanosecunde (1ns=10‐9s). Este deci un interval foarte scurt cuprins între 700 – 10 ns. 

Costul  memoriei  interne  depinde  direct  de  tehnologia  utilizată.  Iniţial  se  foloseau memorii cu inele de ferită. Utilizarea memoriilor electronice a antrenat o importantă scădere a costului.  Ca  efect  calculatoarele  au  putut  fi  dotate  cu memorii  principale  de  capacitate mai mare.