Bazele tehnologiei informației PDF

Lect. univ. dr. Sorin Vlad Bazele tehnologiei informației Specializarea IE I - SUCEAVA 2023 – 1  Cuprins CAPITOLUL I...............................................................................

Lect. univ. dr. Sorin Vlad Bazele tehnologiei informației Specializarea IE I - SUCEAVA 2023 – 1  Cuprins CAPITOLUL I.................................................................................................................... 4 1.2 Scurt istoric...................................................................................................................... 5 1.2 Calculatoare von Neumann............................................................................................ 10 1.3 Calculatoare non von Neumann..................................................................................... 11 1.4 Calculatorul viitorului.................................................................................................... 11 1.5 Componenţa şi funcţionarea calculatorului................................................................... 13 1.5.1 Tastatura.................................................................................................................. 13 1.5.2 Mouse-ul................................................................................................................. 14 1.5.4 Unitatea DVDROM................................................................................................ 18 1.5.5 Unitatea Blu Ray..................................................................................................... 19 1.5.6 Monitorul................................................................................................................ 19 1.6 Placa de bază.................................................................................................................. 20 1.6.1 Microprocesorul...................................................................................................... 23 1.6.2 Chipset-ul................................................................................................................ 24 1.7 Placa video..................................................................................................................... 29 1.8 Placa de reţea................................................................................................................. 30 1.9 Placa de sunet................................................................................................................. 30 CAPITOLUL II................................................................................................................. 34 2.1. Sisteme de numeraţie.................................................................................................... 34 2.2 Algoritmi de conversie................................................................................................... 35 2.3. Codificarea informaţiilor.............................................................................................. 38 2.3.1. Coduri numerice..................................................................................................... 39 Capitolul III....................................................................................................................... 44 3.1 Algoritmi........................................................................................................................ 44 3.2 Caracteristicile algoritmilor........................................................................................... 44 3.3 Structuri de control în pseudocod.................................................................................. 46 CAPITOLUL IV............................................................................................................... 53 4.1 Sisteme de operare......................................................................................................... 53 4.2.Clasificarea sistemelor de operare................................................................................. 55 CAPITOLUL V. Sistemul de operare Windows 10.......................................................... 64 5.1. Caracteristici................................................................................................................. 64 5.2. Control Panel................................................................................................................ 73 5.3. Tipuri de ferestre în Windows...................................................................................... 76 5.3.1. Controalele ce se pot regăsi într-o fereastră Windows.......................................... 77 5.4. ThisPC....................................................................................................................... 78 5.5 Recycle Bin.................................................................................................................... 79 5.6. Network......................................................................................................................... 80 5.7. Meniul contextual al desktop-ului................................................................................ 81 5.8. Windows Explorer........................................................................................................ 84 5.8.1. Operaţii uzuale în Windows Explorer:.................................................................. 86 5.9. Depanarea sistemului de operare. System Restore....................................................... 87 5.9.1 Alte metode de reparare a SO................................................................................. 91 5.10.Regiştrii sistemului de operare..................................................................................... 93 5.11 Conturi utilizator.......................................................................................................... 95 5.12. Optimizarea funcţionării sistemului de operare. Memoria virtuală............................ 97 2  Cap. VI. Programe de arhivare.......................................................................................... 98 6.1. Opţiunea Compressed (zipped) Folder......................................................................... 98 6.2. Utilizarea Programul WinRAR................................................................................... 100 6.2.1. Operaţii uzuale..................................................................................................... 100 6.3. Utilizarea programului PKZIP.................................................................................... 103 Cap VII. Viruși și programe antivirus............................................................................. 105 7.1 Tipuri de programe cu potențial distructiv................................................................... 106 7.2. Programe antivirus...................................................................................................... 108 7.2.1 Semnătura virusului.............................................................................................. 108 Cap. VIII Limbajul VBA................................................................................................ 111 8.1 Macrocomenzi.............................................................................................................. 111 8.2 Limbajul VBA............................................................................................................. 113 8.2.1. Tipuri de date....................................................................................................... 115 8.2.3. Fereastra editorului VBA..................................................................................... 116 8.2.4. Funcţii VBA......................................................................................................... 123 3  CAPITOLUL I Tehnologia informaţiei reprezintă studiul, proiectarea, implementarea şi gestionarea sistemelor informaţionale bazate pe calculator, în special a aplicaţiilor software şi a componentelor hardware ale calculatorului. Tehnologia informaţiei (IT) presupune utilizarea calculatorului şi a produselor software în conversia, protecţia, prelucrarea, transmiterea informaţiei. Într-o accepţiune mai largă IT-ul include un domeniul larg de activităţi, de la proiectarea unor baze de date şi până la realizarea unor reţele de calculatoare. În sens larg, informaţia este noţiunea prin care se defineşte fiecare din elementele noi conţinute în semnificaţia unui simbol sau grup de simboluri, într-o comunicare, ştire, semnal, imagine etc. prin care se exprimă o situaţie, o stare, o acţiune. Pentru a fi percepută, informaţia trebuie exprimată într-o formă concretă. Această formă concretă se numeşte dată. Prin dată se înţelege un număr, o mărime, o relaţie care serveşte la rezolvarea unei probleme sau care este obţinută în urma unei cercetări urmând a fi supusă unor prelucrări. Data poate fi considerată materia primă pentru informaţie. Data are o existenţă obiectivă, tangibilă. Ea este o informaţie potenţială întrucât prin prelucrare conduce la obţinerea informaţiilor. Nu orice prelucrare de date generează informaţii. Informaţia este produsul prelucrării datelor, care sunt aduse într-o formă inteligibilă şi care pot fi utilizate într-un scop anume. O procesare de date poate genera informaţie numai dacă există un receptor care să considere acest rezultat inteligibil şi folositor. Dacă data este receptată de un utilizator capabil de înţelegere, persoana poate spune că a primit o informaţie. Cunoştinţele potrivit definiţiei DEX “ cuprind totalitatea noţiunilor, ideilor, informaţiilor pe care le are cineva într-un domeniu oarecare”. Nu întotdeauna datele sunt purtătoare de cunoștințe. Astfel, unele informaţii fac parte deja din bagajul de cunoştinţe al receptorului şi deci nu generează informaţii noi. Pe de altă parte, unele informaţii s-ar putea să nu aibă semnificaţie pentru receptor, în sensul că nu se integrează între cunoştinţele lui. Cunoştinţele reprezintă, deci, totalitatea informaţiilor debândite anterior cu privire la obiectul considerat. Hartley a introdus noţiunea de cantitate de informaţie. În 1948, Claude Shannon1 numeşte măsura informaţiei entropie informaţională, prin analogie cu entropia din termodinamică ce măsoară, de asemenea, gradul de nedeterminare a unui fenomen. Astfel, informaţia este acea cantitate care înlătură total sau parţial starea de nedeterminare, numită entropie, pe baza unui mesaj adresat unui receptor. Claude Shannon a propus ca unitatea de măsură a cantităţii de informaţie să fie informaţia generată de realizarea unui experiment cu două evenimente având probabilităţi egale de realizare. Această unitate de măsură poartă denumirea de BIT (BInary DigiT = cifră binară) deoarece precizarea uneia dintre cifrele 0 sau 1 ale sistemului binar, presupuse egal probabile, constituie o informaţie unitate. 1.1 Mărimi analogice și mărimi digitale Calculatorul electronic stochează și prelucrează date în format digital. Deosebirea între mărimile digitale și cele analogice constă în modul în care acestea evoluează în timp. Valorile analogice își modifică valoarea continuu, trecând prin toate valorile intermediare. Ne putem imagina următoarea situație: dacă un termometru analogic (cu coloană de mercur) este plasat într-o cameră încălzită de soare , vom observa cum temperatura crește lent și fără salturi bruște, trecând prin toate valorile intermediare (infinite ca număr). 1 Shannon, C.E., The mathematical theory of communication urban, University of Illinois Press, 1948 4  Mărimile discrete (sau digitale) își modifică valoarea cu o anumită cantitate, la fiecare etapă. Dacă considerăm, din nou, cazul unui termometru, de data aceasta analogic, vom observa cum acesta înregistreayă creșterea temperaturii din zecime în zecime de grad. Un alt exemplu ar putea fi cel al butonului de reglare a volumului sunetului la un sistem audio. În variantaă digitală (însă există și variante analogice), putem regla volumul în trepte, acesta crescând brusc cu fiecare treaptă. Observație: Există cazuri în care, aceeași mărime (de exemplu temperatura sau volumul) pot fi privite și ca mărimi digitale dar și analogice, în funcție de cerințe sau de comoditate. Alte exemple de mărimi analogice sau digitale (vă rămâne să stabiliți tipul fiecăreia): cotația zilnică a aurului, căldura degajată de un incendiu, viteza unei mașini, energia unei stele, audiența unei piese de teatru sau presiunea atmosferică. 1.2 Scurt istoric Mecanizarea şi realizarea automată a unor operaţiuni au fascinat dintotdeauna fiinţa umană şi i-au canalizat interesul, inteligenţa şi imaginaţia spre această zonă ce altădată era de domeniul supranaturalul. De altfel, ]n afara unui grup restrâns de inițiați, oamenii de știință ale acelor timpuri, așa au și rămas toate acele dispozitive sau descoperiri realizate prin observașie directă și deducții – de domeniul supranaturalului. Astfel, pe lângă abacul care a fost inventat acum 5000 de ani, există scrieri care atestă existenţa, mai aproape în timp, a unor maşinării ciudate pentru vremurile respective. În secolul XIV exista se pare ceva ce în zilele noastre s-ar numi robot ce putea face faţă unei partide de şah cu un partener uman.2 Recent, oamenii de știință de la University College London au reușit să descifreze, parțial, modul de funcționare a unui dispozitiv descoperit acum un secol, dar cu o vechie de 2000 de ani, denumit Antikytera și cinsiderat ca fiind primul calculator analogic din istorie. Antikitera era acționat manual și reproduce cu exactitate mișcarea celor 5 planete cunoscute la acea vreme precum și fazele lunii. Procesul care a dus la apariția calculatorului, sub forma sa actuală, a fost unul de durată și a implicat parcurgerea mai multor etape. În cele ce urmează se vor puncta doar anumite date semnificative în evoluţia acestuia. Wilhelm Schickart (1592-1632) este creditat cu invenţia primului calculator mecanic, şi anume Ceasul de Calculat. Acest dispozitiv era capabil să realizeze operaţii de adunare şi scădere cu numere formate din şase cifre. În 1642 Blaise Pascal (1623-1662) a creat un calculator mecanic numit Pascaline pentru a-şi ajuta tatăl. Dispozitivul creat de Pascal s-a dovedit atât de bine pus la punct încât, principiile după care funcţiona au fost folosite şi pentru realizarea altor dispozitive (Lightning Portable Adder – 1908, Addometer - 1920). Gottfiried von Liebnitz a inventat de asemenea un dispozitiv care putea efectua cele patru operaţii matematice de bază. Nici un aparat din cele enumerate mai sus nu avea nici memorie şi bineînțeles, nu putea fi programat. 2 5  Părintele calculatorului modern poate fi considerat Charles Babbage (1791-1871) care a construit în 1822 un dispozitiv numit Motor de Diferenţe. Acesta putea să calculeze valoarea polinoamelor prin metoda diferențelor. În 1833 Babbage realizează o versiune îmbunătățită a Motorului de Diferențe, versiune numită Motor Analitic destinată realizării oricărui fel de calcule. Motorul Analitic includea multe dintre componentele asociate cu calculatorul modern şi anume: o unitate de prelucrare aritmetică pentru realizarea calculelor, memorie, dispozitive de intrare şi de ieşire. Datele de intrare erau stocate pe o cartelă perforată (idee preluată de la Jacquard). Figura 1.1. Motorul de diferenţe Deşi Babbage este considerat ca fiind părinte al calculatorului modern, dispozitivele inventate de el nu sunt electrice sau electronice ci doar mecanice. În anii 1930 Konrad Zuse preia ideile lui Babbage şi realizează un calculator cu relee electromagentice numit Z1. Modelul Z3 (primul computer programabil) a fost prezentat unei asistențe restrânse pe în mai 1941. În 1946 patentul a fost achiziționat de firma IBM. Calculatorul în forma actuală reprezintă efectul muncii unui grup de oameni de ştiinţă între anii 1930 – 1940 şi anume John Atanasoff (realizatorul primului calculator complet electronic), John Mauchly şi Presper Eckert (inventatorii ENIAC, primul calculator complet electronic de uz general ce cântarea 30 de tone). ENIAC era destinat calculării traiectoriilor balistice în cel de-Al Doilea Război Mondial. 6  Odată cu inventarea tranzistorului (1948) care consuma mai puţin decât tuburile cu vacuum şi erau mai mici ca dimensiune, calculatoarele intră într-o altă fază de dezvoltare. Preţurile prohibitive limitau însă folosirea acestora doar de către universităţi, guverne sau firme foarte puternice. În anul 1960 IBM scoate pe piaţă modelul 7094 pentru aplicaţii ştiinţifice, iar firma Control Data Corporation realizează primul supercomputer – CDC 6600 – la un preţ de 10 milioane $ ce putea efectua 10 milioane de operaţii pe secundă. Figura 1.2. Calculatorul ENIAC Impulsul real în dezvoltarea calculatoarelor a venit odată cu inventarea microchip-ului de siliciu (Robert Noyce). Calculatoarele au devenit mai rapide, mai mici şi mai ieftine. Linia de produse IBM System/360 a fost prima în care toate maşinile din grup erau compatibile (foloseau acelaşi limbaj de asamblare). Ulterior, în evoluţia calculatoarelor apare conceptul de integrare (gruparea tranzistoarelor pe acelaşi chip), integrarea făcându-se pe mai multe nivele: - integrarea pe scară mică (SSI) – 10 -100 componente /chip; - integrarea pe scară medie (MSI) – 100 -1000 componente/chip; - integrarea pe scară mare (LSI) – 1000 -10000 componente/chip; - integrarea pe scară foarte mare (VLSI) – mai mult de 10000 componente/chip; Hard disk (5 MB) realizar de firma IBM (1956) Astfel, în anul 1997, odată cu comemorarea a 50 de ani de la apariţia calculatorului ENIAC, s-a construit un singur chip echivalent cu întregul calculator ce altădată cântărea 30 de tone. Chip-ul era compus din 174569 tranzistori. 7  Tehnologia VLSI a permis ca Intel să creeze în anul 1971 primul microprocesor 4004, ce funcţiona la 108KHz şi, de asemenea, primul chip de memorie RAM. În anul 1975 s-a lansat primul microcalculator Altair 8800, urmat de Apple I şi Apple II. Puterea de prelucrare oferită de VLSI a determinat apariţia supercalculatoarelor, primul apărut CDC 6600, ce putea executa 10 milioane de instrucţiuni pe secundă şi avea 128KB de memorie principală. Comparativ, supercalculatoarele de astăzi au milioane de procesoare şi pot adresa sute de TB de memorie. În ceea ce priveşte dezvoltarea tehnicii de calcul în România, în anul 1957 Victor Toma, ales ulterior membru de onoare al Academiei Române, crează primul calculator electronic digital din România (CIFA-1, cca. 1500 de tuburi electronice şi cilindru magnetic de memorie, realizat Institutul de Fizică al Academiei, Măgurele). România este a 8-a ţara din lume care construieşte un asemenea calculator si a 2-a dintre fostele ţări socialiste, după fosta URSS. Au urmat: CIFA-2 cu 800 de tuburi electronice(1959), CIFA-3 pentru Centrul de calcul al Universităţii din Bucureşti(1961) și CIFA-4 (1962). Între 1959-1961, Iosif Kaufmann şi ing. Wilhelm Lowenfeld (+ ian. 2004), construiesc MECIPT-1, primul calculator conceput şi realizat într-o universitate românească (Institutul Politehnic din Timişoara). Acesta conținea 20 km de fire de legătură, 4KB de memorie și putea realiza 50 de operații de secundă. Figura 1.3 Calculatorul MECIPT-1 Calculatorul MECIPT-1 a fost utilizat în practică la realizarea următoarelor aplicaţii: 1. Proiectare cupolă pavilion expoziţional Bucureşti, actual Romexpo (acad. D. Mateescu, programator ing. V. Baltac) 2. Proiectare baraj Vidraru (18 zile în loc de 9 luni manual) 3. Simulare hidrocentrală, dimensionare reţea apă Arad, calcule rezistenţă, controlul statistic al calităţii producţiei etc. 4. 1964, program de simulare a unor reţele neuronale (D. Farcaş) 5. 1965-1967, simulator de automate autoinstribile (D. Farcaş, sub influenţa prof. Kuseliov de la Moscova) Ţinându-se cont de reperele amintite în evoluţia calculatorului, se pot identifica la momentul actual patru tipuri de calculatoare: Microcalculatorul, numit în limbaj curent calculator personal (PC – Personal Computer), reprezintă tipul de calculator care utilizează un singur microprocesor ca unitate centrală de prelucrare (UCP) (există însă şi calculatoare cu procesor format din mai multe nuclee, fiecare nucleu echivalând în principiu cu un procesor) şi care poate 8  fi folosit numai de o singură persoană la un moment dat. Există un mare număr de variante, în ceea ce priveşte dimensiunea lor, de la calculatoare personale portabile (laptop) la tablete, telefoane inteligente și până la puternice staţii de lucru (desktop workstations) care sunt utilizate pentru calcule inginereşti şi ştiinţifice. Calculatoarele personale lucrează folosind un sistemul de operare (Windows, Mac OS, Linux sau un alt sistem de operare similar), fiind folosite pentru aplicaţii standard. Microcalculatoarele pot fi folosite cu uşurinţă de neprogramatori datorită numărului mare de pachete de programe de aplicaţii disponibile. Minicalculatorul este cunoscut ca un calculator de mărime medie, ce nu este portabil. El suportă până la 50 de utilizatori simultan şi are o memorie principală de capacitate mare. În mod normal, minicalculatorul deserveşte ca server o reţea de terminale simple. IBM AS/400 sau DEC Vax/750. Acest tip de calculator nu trebuie confundat cu dispozitive de tipul Raspberry Pi care sunt versiuni miniaturale ce oferă, în mare, funcții similare cu cele ale PC-urilor, însă au performanțe inferioare acestora. Calculatorul mainframe reprezintă un calculator de mari dimensiuni şi foarte puternic care este amplasat într-un mediu controlat (temperatură, umiditate, praf, etc.). Un astfel de calculator suportă prelucrări cerute de sute, sau chiar mii de utilizatori precum şi calcule specializate. Este solicitat de companiile care vehiculează şi prelucrează un volum foarte mare de informaţie. Deşi se anticipa o retragere de pe piaţă a mainframe-urilor în anii 90 în principal datorită masivităţii lor (un asemenea calculator putea ocupa si 900 de m2), în ianuarie 2015, IBM a lansat modelul Z13. Calculatoarele de acest tip sunt utilizate pentru gestionarea și criptarea tranzacțiilor rezultate în urma operațiilor financiare, a serviciilor de telecomunicații, etc. Supercalculatorul posedă resurse hardware şi software deosebite. Se utilizează în industria de apărare, în medicină, modelarea modificării climei globale, industria farmaceutică (cetrcetări referitosre la proteina spike pentru crearea vaccinului anti- COVID 19) în câteva universităţi, în industria aeronautică şi spaţială. În prezent (decembrie 2022), cel mai performant supercalculator este Frontier (SUA) cu o performanţă de 1,1 exaflops (1018 operații/secundă sau în echivalent uman, cîte o operație pe secundă timp de 31.688.765.000 ani). Bugetul necesar realizării acestui supercalculator s-a ridicat la 600 milioane dolari. Cel mai puternic supercomputer european, Lumi, (locul 3 mondial), deținut în prezent de către Finlanda (reprezentând rezultatul colaborării între 10 țări europene) și realizat de către HPE (Hewlett Packard Enterprise), este format din 16384 procesoare şi are o putere de calcul de 375 petaflops. O altă abordare pentru creșterea puterii de prelucrare a informațiilor o constituie calculul masiv distribuit, adică interconectarea unui număr imens de calculatoare pentru realizarea în paralel a unor calcule extrem de complexe pe un volum foarte mare de date. Poate cel mai cunoscut exemplu de calcul masiv distribuit îl constituie proiectul SETI@home (Search for Extra Terrestrial Intelligence) derulat de către Universitatea Berkeley, care își propune să prelucreze datele colectate de către Observatorul Astromic Arecibo, Puerto Rico pentru a detecta eventualel unde radio emise în spațiu de către o civilizație extraterestră3. Se intenționează ca, până în anul 2025, să se realizeze un supercomputer cu o putere de calcul de 10 exaflops (10*10^19 flops), care va fi capabil să simuleze activitatea creierului uman. 3 https://setiathome.berkeley.edu/ 9  Facultatea de Inginerie Electrică și Știița Calculatoarelor din Suceava a dispus până în anul 2011 de cel mai puternic supercalculator din mediul universitar din românia, având o putere de calcul de 6.45 teraflops. În anul 2011 Universitatea de vest din Timişoara a inaugurat Laboratorul de Calcul de Înaltă Performanţă în cadrul căruia a achiziţionat un supercalculator IBM BlueGene/P cu o putere de calcul de 13 teraflops. Legea lui Moore Fondatorul Intel - Gordon Moore a formulat în 1965 legea care îi poart ă numele şi care afirmă că „Densitatea de tranzistoare se va dubla de la an la an”. Versiunea curentă a acestei legi afirmă că „Densitatea de chip-uri de silicon se va dubla la fiecare 18 luni”. Cu tehnologia curentă, legea lui Moore nu poate fi valabilă la nesfârşit. Există limitări fizice şi financiare care vor influenţa evoluţia. La ritmul curent de miniaturizare, în 500 de ani, întreg Sistemul Solar va putea fi inclus într-un chip. În final, limitările de ordin financiar vor fi cele ce vor prevala. 1.2 Calculatoare von Neumann Principiul global de funcţionare al calculatoarelor obişnuite implică existenţa unor componente, necesitatea existenţei acestora fiind pentru prima dată formulată de către John von Neumann. Modelul von Neumann este bazat pe următoarele două caracteristici: - programul este stocat în memorie pe durata execuţiei; - instrucţiunile programului sunt executate secvenţial. Figura 1.3 Calculatorul von Neumann Modelul von Neumann este format din 5 mari componente: Unitatea de intrare (DI) – converteşte datele din format extern în format intern Memoria – poate fi din punct de vedere funcţional, de două tipuri (RAM şi ROM) sau din punct de vedere al plasării ei, memorie internă (viteză mare de transfer a datelor) şi externă (suporturi magnetice). Are rolul de a stoca datele şi programele. Unitatea Aritmetico-Logică (UAL) – poate efectua cele patru operaţii aritmetice, compararea a două numere, testarea unor condiţii, mutarea datelor dintr-o zonă de memorie în alta, etc. Unitatea de comandă (UC) – citeşte instrucţiunile din memoria internă, le decodifică şi furnizează semnalele de comandă necesare unităţilor funcţionale pentru executarea instrucţiunilor. UAL + UC = UC unitate centrală. 10  Dispozitiv de ieşire (DE) – convertește datele din format intern în format extern, accesibil utilizatorului Pe lângă stocarea internă a programelor, o caracteristică majoră a calculatorului von Neumann este aceea că unităţile ce prelucrează informaţia sunt separate de cele ce o memorează. Ciclul de bază al execuţiei programelor în cazul unui calculator von Neumann constă din parcurgerea următoarelor trei etape: se transferă o instrucţiune din memorie către procesor, se decodifică instrucţiunea, după care se execută. După execuţia instrucţiunii de către procesor, este extrasă, recodificată şi se va executa următoarea instrucţiune din locaţia de memorie imediat următoare. 1.3 Calculatoare non von Neumann Această structură a calculatorului numită şi bus sistem este formată din trei mari componente: UC, memorie şi I/O. Acest model combină UC şi UAL într-o singură unitate numită UCP (Unitate Centrală de Prelucrare). Comunicarea între componente se realizează printr-un canal numit magistrală sistem, formată din magistrală de date (care transferă informaţia de transmis), magistrală de adrese (care identifică informaţia de transmis) şi magistrala de control (care descrie aspecte legate de modul cum se transmite informaţia). Din punct de vedere fizic magistralele sunt colecţii de fire care sunt grupate după funcţionalitate. Figura 1.4. Calculatorul non von Neumann 1.4 Calculatorul viitorului Calculatoarele viitorului se bazează pe utilizarea inteligenţei artificiale, a circuitelor integrate specializate şi a procesării paralele. Există unele aplicaţii ale celei de-a şasea generaţii de calculatoare care sunt deja utilizate astăzi, cum ar fi recunoaşterea vorbirii, sistemele biometrice (recunoaşterea amprentei, a vocii), etc. Procesarea moleculară şi cuantică precum şi nanotehnologiile se pare că vor modifica tehnologiile implicate în funcţionarea calculatoarelor în următorii ani. Scopul principal al celei de-a şasea generaţii de calculatoare este cel de a dezvolta echipamente capabile să răspundă limbajului natural uman şi să fie capabile de învăţare şi organizare proprie. Caracteristica principală a acestor calculatoare este trecerea de la prelucrarea datelor la prelucrarea informaţiilor. Funcţiile de bază ale noii generaţii de calculatoare sunt: 11  interfaţa inteligentă între om şi calculator: Se urmăreşte implementarea unor funcţii similare celor umane (auz, văz, folosirea limbajului natural) prin mecanisme de recunoaşterea formelor, exprimare prin imagini şi studiul limbajului natural (directie importantă a inteligenţei artificiale). Astfel, utilizatorii calculatoarelor, mai ales nespecialişti, vor avea la dispoziţie un instrument de lucru mult mai agreabil. gestiunea cunoştinţelor: Cunoştinţele trebuie să poată fi memorate sub forme care să permită un acces optim la bazele de cunoştinţe (asociativ) şi întreţinerea bazei de cunoştinţe prin introducerea de cunoştinţe noi, eliminarea inconsistenţelor, chiar învăţare de cunoştinţe (proprie inteligenţei artificiale). realizarea de inferenţe (deducţii) şi predicţii: Acestor acţiuni, similare gândirii umane, li se poate asocia în mod cert atributul de „inteligent”. Problemele de inteligenţă artificială se vor rezolva uzual folosind bazele de cunoştinţe asupra cărora se aplică regulile de deducţie. Se folosesc metode şi tehnici care permit generarea automată a unor programe şi testarea corectitudinii programelor. Omul va fi asistat în obţinerea de cunoştinţe noi prin simularea unor situaţii concrete, necunoscute încă. Aceste tipuri de probleme sunt foarte complexe şi necesită instrumente de abordare adecvate: programare logică, metode de programare euristice care să furnizeze soluţii bune (chiar dacă nu optime) într-un timp scurt. Tehnicile enumerate mai sus, care permit găsirea soluţiei într-un spaţiu de căutare de dimensiuni foarte mari, sunt dezvoltate de asemenea în cadrul inteligenţei artificiale. Un caz special de deducţie este predicţia (prevederea unor evoluţii pe baza anumitor cunoştinţe date), care se implementează folosind mecanisme ce încearcă să simuleze funcţionarea creierului uman prin intermediul reţelelor neuronale. O altă tehnică inspirată biologie în inteligenţa artificială o constituie algoritmii genetici, care au caracteristici de adaptabilitate la context, similară cu adaptarea la mediu a populaţiilor biologice. Generaţia 6 există deocamdată doar în literatura științifico-fantastică, sub forma conceptului ipotetic de “calculator viu”. Apare întrebarea dacă va fi posibilă ataşarea unei structuri de tip ADN unui calculator neuronal. Singurul lucru care ar rămâne după aceea ar fi apariţia unui calculator viu cu o inteligenţă artificială vie, ce ar implica şi ataşarea unor structuri de tip ADN şi ARN la un calculator molecular. Dacă primele patru generaţii de calculatoare electronice au fost construite pentru calcule, chiar dacă au fost utilizate treptat şi pentru prelucrări simbolice, generaţia a şasea va fi un procesor de informaţie aproape sub orice formă utilă omului (limbaj natural, voce, imagine) fără a se ridica însă la nivelul unui procesor mental deplin, din momentul în care nu putem pune semnul egalităţii între IA şi inteligenţa naturală umană. În 2012 premiul Nobel pentru fizică a fost acordat, pentru descoperiri majore în domeniul calculului cuantic, unui grup de cercetători francezi şi americani. Calculul cuantic utilizează proprietăţile cuantice ale datelor pentru a realiza operaţii cu acestea. Calculatorul tradiţional lucrează cu datele codificate în sistem binar sub formă de biţi. Calculatorul cuantic utilizează o codificare diferită a datelor sub formă de biţi cuantici sau qubiţi. Un astfel de calculator ar avea viteze şi capacităţi de calcul la care, în momentul actual, se poate doar visa. De asemenea aplicabilitatea unui astfel de calculator nu este, în momentul de faţă, stabilită precis. În pofida unor critici venite din comunitatea academică mondială, firma Dwave pretindea în același an 2012 că a realizat primul calculator cuantic numit D-Wave One şi bazat pe un procesor de 128 de qubiţi. În prezent (2022) IBM a realizat un procesor pe 433 qubiți. În anul 2019, calculatorul cuantic (Sycamore) al firmei Google, a reusit să realizeze un set de calcule complexe în 200 s, calcule pentru realizarea cărora cel mai performant supercalculator ar fi lucrat 10000 de ani. 12 1.5 Componenţa şi funcţionarea calculatorului Componenţa unui calculator poate fi descrisă inclusiv din punct de vedere al perifericelor. Un periferic se poate defini ca acel dispozitiv aflat în exteriorul calculatorului care se poate conecta la acesta prin intermediul porturilor (seriale, paralele sau USB) şi care comunică uni sau bidirecţional cu calculatorul. Într-o accepţiune mai largă, pot fi considerate periferice orice componente ce se pot conecta pe placa de bază a unui calculator. În funcţie de direcţia de „curgere” a fluxului informaţional, perifericele sunt de trei tipuri: 1. Periferice de intrare (informaţia este transmisă de la periferic la calculator) a) Tastatura b) Mouse-ul şi dispozitivele asemănătoare care îndeplinesc aceeaşi funcţie (trackball, touchpad, isopoint, joystick). c) Scanner-ul d) placheta grafică 2. Periferice de intrare –ieşire (informaţia este vehiculată bidirecţional) a) HDD (Hard Disk Drive) – unitatea de hard disk; b) unitatea DVD; c) unitatea Blu Ray; d) unitatea ZIP – unitate ce foloseşte medii de stocare asemănătoare disketelor dar de capacităţi mult mai mari (750MB) – nu se mai utilizează; e) placa de sunet; f) placa de reţea; g) placa video, etc. 3. Periferice de ieşire a) imprimanta; b) monitorul; c) plotter-ul: dispozitiv ce permite listarea schemelor, diagramelor de mari dimensiuni pe formate de hârtie de dimensiuni foarte mari. 1.5.1 Tastatura Tastatura permite introducerea de către utilizator a datelor şi este standard de 101/102 taste şi cuprinde trei zone principale: minitastatura numerică aflată în partea dreaptă, care poate fi folosită numai dacă este deblocată prin apăsarea tastei Num Lock (pe tastaturile pentru limba franceză Ver Num), zona tastelor pentru poziţionarea manuală (tastele cu săgeţi) şi automată a cursorului (tastele Home, End, PageUp, PageDown) şi zona de tastare ce include tastele folosite cu precădere în editarea documentelor. - tastele de la F1 la F12 se numesc taste funcţionale şi au roluri diferite în funcţie de aplicaţia în care sunt folosite (tasta F1 are întotdeauna acelaşi rol şi anume cel de a lansa programul de Help al aplicaţiei). Un alt exemplu: apăsarea tastei F3 atunci când nu este activă o altă fereastră aplicaţie determină deschiderea ferestrei corespunzătoare opţiunii Search din meniul butonului Start. - tasta TAB permite de exemplu în editorul de texte Word trecerea la o nouă celulă a unui tabel sau marcarea începutului de paragraf. - apăsarea tastei CAPS LOCK determină comutarea tastaturii pe caractere majuscule (semnalizată prin aprinderea LED-ului din partea superioară a minitastaturii numerice). Revenirea la modul normal de scriere (cu minuscule) se realizează fie prin apăsarea încă o dată a tastei CAPS LOCK fie, în cazul altor tastaturi, prin apăsarea tastei SHIFT. Revenirea la modul normal de scriere se stabileşte prin bifarea opţiunii 13  corespunzătoare din Control Panel, Regional and Language Settings, Advanced Key Settings. Observaţie: În sistemul de operare Windows 10, apăsarea de cinci ori consecutivă a tastei SHIFT permite activarea modului StickyKeys, util persoanelor care au dificultăţi în apăsarea simultană a două sau mai multe taste. În grupa de taste StickyKeys intră SHIFT, CTRL, ALT, Windows Logo, astfel încât dacă este necesară apăsarea uneia din aceste taste împreună cu o alta (de exemplu CTRL+P), tasta CTRL rămâne activă până la apăsarea celei de-a doua taste. - tasta BACKSPACE permite ştergerea caracterelor aflate în stânga cursorului. - tasta Windows Logo activează automat meniul butonului Start (meniul butonului Start se activează şi prin apăsarea combinaţiei de taste CTRL+ESC), iar Menu Key activează meniul contextual al elementului Windows selectat (echivalentă cu executarea unui click dreapta). - Figura 1.5. Tastele Windows logo şi Menu Key - tasta Delete permite ştergerea caracterului aflat la dreapta cursorului - tasta Insert are funcţionalităţi multiple (în Microsoft Word apăsarea tastei Insert determină activarea modului suprascriere). - Tastele Page Up şi Page Down singure sau în combinaţie cu tasta CTRL permit derularea documentului sau poziţionarea automată în document - Tastele Home şi End poziţionează cursorul la începutul respectiv la sfârşitul rândului curent. - tasta Print Screen realizează o captură a desktop-ului şi o tipăreşte la imprimantă, ALT + Print Screen listează la imprimantă doar captura ferestrei active; - tasta Break de obicei în combinaţie cu tasta CTRL întrerupe execuţia unor programe - tasta Scroll Lock era utilizată în sistemul de operare MSDOS pentru blocharea derulării pe monitor a informaţiilor legate de execuţia anumitor programe sau comenzi. Astăzi, utilitatea acestei taste este restrânsă doar la Microsoft Excel unde, apăsarea Scroll Lock are ca efect parcurgerea ecran cu ecran a foii de calcul curente. 1.5.2 Mouse-ul Mouse-ul a fost utilizat pentru prima dată în 1973, la sistemul de XEROX Alto, primul calculator proiectat să suporte un sistem de operare cu interfață grafică. Pentru interfaţa grafică a unui sistem de operare, existenţa unui mouse este esenţială. Mouse-ul este un dispozitiv cu două sau trei butoane, cu sau fără Scroll (dispozitiv ce permite derularea documentelor, (Scroll-ul se poate afla şi pe tastatură) cu ajutorul căruia se pot realiza operaţiunile necesare operării pe calculator: lansarea în execuţie a programelor, accesarea meniurilor, operaţiunile cu fişiere, etc. Mouse-ul cu bilă a fost al doilea tip apărut. Mișcările unei bile din oțel și acperite cu material plastic, erau traduse, printr-un sistem de roți dințate, în mișcare de monitorul calculatorului. Mouse-ul optic, apărut în 1999, utilizează un LED și o fotodiodă care detectează mișcarea. Sursa de lumină poate fi și o rază laser (VCSEL –SingleMode Vertical Cavity Surface Light Emitting Laser). Senzorii preiau imagini alb-negru ale suprafeței pe care este plasat. Aceste imagini au dimensiuni variabile, de la 16 x 16 pixeli la 30 x 30 pixeli, în funcție de senzorii de imagine utilizați. 14  Figura 1.6 Strctura unui mouse. Mouse-ul optic este format, în mare, din trei componente: lentilă, sursă de lumină și senzor optoelectronic. Aceste componente sunt plasate pe o placă cu circuite imprimate (PCB), iar lentila va transporta fascicolul luminos de la sursă către suprafața și ulterior proiectează imagini ale suprafeței către senzorii de prelucrare a imaginii. Mouse-ul fără fir (wireless) utilizează unde radio pentru a comunica cu sistemul de operare al calculatorului. Emițătorul de unde radio este încorporat în mouse, iar receptorul este conectat la calculator. Mouse-urile nu sunt foarte potrivite pentru jocuri şi alte aplicaţii, acestea necesitând o viteză de reacţie mare. Joystick-ul este un dispozitiv de indicare care suportă reacţiile instantanee şi care interpretează răspunsurile independent, nu pe baza mişcărilor anterioare, aşa cum se întâmplă la mouse. El este un senzor bidimensional care indică poziţia absolută, raportată la un punct de referinţă de pe ecran, adică identifică poziţia într-un plan (stânga- dreapta şi înainte-înapoi). Se conectează la portul de jocuri (game port) al cărui conector îl localizaţi uşor pe partea din spate a unităţii centrale. Figura 1.7 Trackball tipic. Mouse-ul unui calculator are nevoie de spaţiu în care să se mişte, iar problema care se pune este că mulţi utilizatori nu au spaţiul necesar pentru un astfel de dispozitiv. Trackball-ul elimină aceste probleme, el fiind asemănător unui mouse cu bilă întors cu faţa în sus, figura 1.7. Trackball-ul este format dintr-o bilă, deseori de dimensiuni mari, care atunci când este rotită, determină cursorul de pe ecran să îi urmărească mişcările. Bila se roteşte pe loc şi nu are nevoie de spaţiu mai mare decât baza dispozitivului – câţiva centimetri pătraţi. Există modele portabile, proiectate astfel încât să poată fi ataşate calculatoarelor – laptop sau notebook, mărind dimensiunile acestora doar cu câţiva centimetri. Ca şi mouse-ul, trackball-ul are butoane prin care se indică poziţionarea cursorului în locul dorit. Cele mai multe trackball-uri au două sau trei butoane acţionate prin apăsare, cu aceleaşi funcţii de selecţie ca şi ale mouse-ului. Unele modele au patru butoane, acestea funcţionând ca două perechi în oglindă, astfel ca dispozitivul să poată fi folosit cu orice 15 mână. Nu există o poziţie standard a butoanelor, existând modele proiectate astfel încât bila să fie rotită cu degetul mare, altele pentru a fi acţionate cu celelalte degete, alţi producători fabricând trackball-uri care pot fi operate la fel cu oricare deget. 1.5.3 Hard disk-ul (HDD) Hard disk-ul conţine în interior circuite de control şi unul sau mai multe discuri de metal sau sticlă denumite platane pe care este aplicată o peliculă subţire de material magnetic. Discurile respective se rotesc, cu viteze ce pot ajunge şi la 15000 rpm (rotaţii pe minut), dar în mod obişnuit se rotesc cu 5400 sau 7200 rpm. Platanele sunt suprapuse, însă între ele există totuşi mici spaţii în care se rotesc capetele de scriere/citire ce sunt montate pe un braţ ce se numeşte acuator. În ciuda tuturor progreselor înregistrate în tehnologia discurilor magnetice, este încă imposibilă producerea în serie a unui mediu fără erori. Pentru a reduce erorile de pe suprafaţa discului magnetic, se folosesc două mecanisme şi anume: codificarea specială a datelor şi algoritmi de corectare a erorilor. Braţ Ax Platane Capete de scriere citire Figura 1.8. Ansamblul capete de scriere/citire - platane 16  Figura 1.9. Memorarea informaţiilor pe HDD De obicei, există câte un cap de scriere citire pentru fiecare suprafaţă utilizabilă. Capetele de scriere/citire nu ating niciodată suprafaţa magnetică ci plutesc la foarte mică distanţă de acestea pe o pernă de aer de doar câţiva microni. Atunci când se întrerupe alimentarea hard disk-ului capetele revin în poziţia iniţială, procedeu ce se numeşte parcare a capetelor. Dacă unul dintre acestea atinge suprafaţa magnetică, atunci platanul respectiv devine inutilizabil, fenomen ce se numeşte zdrobire a capetelor. Acesta se poate produce şi în urma unui şoc sau unei manevre bruşte. Performanţele unui HDD depind în principal de modul de conectare la placa de bază (pe ce tip de magistrală se conectează), de numărul de rotaţii pe minut şi de capacitatea memoriei tampon (memorie în care se reţin datele frecvent accesate). Informaţia se memorează pe hard disk pe zone concentrice numite piste şi pe porţiuni ale acestor piste numite sectoare. În secţiune transversală, aceeaşi pistă de pe toate platanele formează un cilindru. Pentru a achiziţiona un HDD de calitate, cumpărătorul trebuie să urmărească următoarele aspecte, nu neapărat în ordinea enumerată mai jos: - capacitatea de memorare; - firma producătoare; - viteza de rotaţie a platanelor (5400, 7200, 15000 rpm): cu cât viteza de rotaţie a platanelor este mai mare, cu atât timpul necesar localizării informaţiei pe HDD scade - numărul de platane - modul de conectare –SATA(Serial ATA), SATAII (proiectată pentru a putea suporta în viitor o viteză de transfer a datelor de până la 600 Mbps (Mega Bytes Per Second)). În afară de HDD-urile clasice, mai există un altul, mai performant şi mai rapid, insă mult mai scump, numit hard disk SSD (Solid State Drive). Acesta nu conţine componente în mişcare și este format doar din circuite de memorie. Laptop-urile Apple (MacBook, MacBook Pro) sunt echipate cu acest tip de HDD. Firma Nimbus Data a reușit să realizeze SSD -uri de 50 TB și de 100 TB,. Prețul acestora (12000$ pentru varianta de 50TB și 40000$ pentru varianta de 100TB) este mai mult decât prohibitiv pentru utilizatorul obișnuit. 17  Figura 1.10 a. HDD clasic vs. HDD de tip SSD. Cercetările din domeniu se concentrează pe creșterea unui parametru care se numelte densitate de areal (zonală). O soluție identificată a fost înlocuirea aerului cu heliu. Acesta reduce frecarea și permite obținerea unei densități zonale mai mari. O altă tehnică apărută de curând se numește HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) sau Înregistrare Magnetică cu Ajutorul Căldurii prin utilizarea căreia s-au obținut deja hard diskuri cu capacitatea de stocare de 20 TB. - 1.5.4 Unitatea DVDROM Unitatea CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) este un mediu optic de stocare bazat pe formatul CD-DA (audio digital) dezvoltat pentru CD-urile audio. Alte formate cum ar fi CD-R (Cd inscriptibil) sau CD-RW (reinscriptibil) extind capacităţile unui CD obişnuit transformându-l în mediu inscriptibil. Tehnologiile noi de tip DVD (Digital Versatile Disk) fac posibilă memorarea unui volum mai mare de informaţii pe acest suport. O unitate CD-ROM utilizează un laser ce reflectă lumina pe suprafaţa discului. Lumina reflectată este recepţionată de un fotodetector care converteşte impulsul de fotoni în impuls electric ce va fi decodificat de către microprocesor. 18  Figura 1.10. Principalele componente ale unei unităţi DVD-ROM CD-urile pot memora până la 74 sau 80 de minute de material audio sau până la 682 MB (CD de 74 de minute) sau 737 MB (CD de 80 de minute) de date. DVD-urile se rotesc cu o viteză de trei ori mai mare decât cea a CD-urilor. DVD-urile pot avea una sau două suprafeţe utile (se numesc single layer cu o capacitate de stocare de 4.7GB sau double layer (dual layer) cu capacitatea de stocare de 8.55 GB). Cele mai performante suporturi optice de memorare a informaţie sunt discurile Blu Ray (Blu-violet laser) cu capacitate de memorare de 25 GB în cazul discurilor Blu Ray normale şi 50 GB în cazul celor double layer, însă recent s-a reuşit crearea unor discuri BD care să stocheze 500 GB. Sunt utilizate pentru stocarea de material video de înaltă definiţie. În acest domeniu (al creaării tipurilor diverse de medii de stocare) fizicianul român Eugen Pavel a creat o tehnologie nouă denumită Hyper CD cu ajutorul căreia se poate realiza un CD cu o capacitate de memorare de 10000 de ori mai mare decât a unui CD clasic. Hyper Cd-ul nu a intrat în producţie de serie. Recent, s-a reuşit memorarea informaţiilor utilizând secvenţele de ADN. Cercetătorii de la Institutul European de Bioinformatică din Marea Britanie au reuşit să codifice şi să stocheze fişiere digitale pe macromolecule ADN. Această descoperire revoluţionează procedeul stocării de lungă durată a informaţiilor şi elimină dezavantajele anterioare descoperirii: degradarea în timp a informaţiei şi obligativitatea existenţei unor surse de energie electrică. 1.5.5 Unitatea Blu Ray Unitatea Blu-Ray utilizează un laser albastru spre deosebire de o rază laser cu lumină roșie folosit de către unitatea DVD. Raza laser albastră are o lungime de undă mai mică decât cea roșie (650 nanometri, spre deosebire de 405 nanometri). Lungimea de undă mai mică se traduce practic printr-o capacitate de a citi date stocate pe suprafețe mai mici, permitând astfel stocarea unui volum mai mare de date pe un suport de memorie. Atunci când un disk BR este introdus în unitate, raza laser va scana pachetele de date situate lîngă centrul disk-ului. Acestea conțin informații referitoare la modul de criptare a disk-ului și la modul de redare a conținutului acestuia. Datele citite sunt convertite în informație video sau audio, informație trimisă apoi către monitor. 1.5.6 Monitorul Este principalul periferic de ieşire şi afişează informaţia legată de execuţia instrucţiunilor, efectul comenzilor utilizatorului, etc. Conţine un ecran realizat într-o tehnologie digitală de înaltă performanţă, iar pe ecran se afişează imagini alcătuite dintr-o reţea fină de puncte de culoare roşie, verde şi albastră (sistemul RGB), puncte de o anumită dimensiune, denumite pixeli. Cu cât punctul de formare a imaginii este mai mic cu atât imginea va fi de o calitate mai bună. Numărul de pixeli afişaţi pe orizontală şi pe verticală în cadrul ecranului unui monitor definesc rezoluţia acestuia. Valoarea tipică este de 0,28 mm pentru diametrul unui pixel. Rzoluția poate fi definită ca fiind distanța dintre doi pixeli de aceeași culoare. Un parametru important al monitoarelor este aşa – numita rată de refresh. O rată de refresh de 60Hz se traduce practic în faptul că imaginea de pe monitor este reîmprospătată (actualizată) de 60 de ori pe secundă. 19  La o primă vedere s-ar părea că prin reducerea distanţei între pixeli se poate crea un monitor cu o rezoluţie perfectă, însă în realitate rata de refresh este dependentă de distanţa dintre pixeli. Cu cât distanţa dintre pixeli este mai mică (număr de pixeli mai mare) cu atât va fi mai mare timpul necesar reîmprospătării lor. Memoria video conţine permanent informaţiile care determină starea fiecărui punct (dacă este aprins sau stins, culoarea punctului şi la ce intensitate luminoasă), iar placa video le transmite cu o frecvenţă mare către monitor, care prezintă imaginea pe ecran. Primele monitoare au fost monocrome şi funcţionau doar în mod text. Monitoarele moderne sunt color şi permit afişarea de imagini de calitate, astfel încât performanţele video ale calculatoarelor au ajuns să depăşească nivelul celor atinse de televizoare. Monitoarele cele mai uzuale, de forma unui mic televizor şi bazate pe tub catodic, mai sunt desemnate cu acronimul CRT (de la Cathode Ray Tube - tub catodic cu fascicol electromagnetic). Mai puţin voluminoase sunt monitoarele plate de tip LCD (de la Liquid Crystal Display - afişaj cu cristale lichide). Calculatoarele portabile au ecrane miniaturizate, cu cristale lichide, integrate în capacul cutiei lor. Mai există şi monitoare cu plasmă, în general cele de dimensiuni mari. Performanţele monitorului influenţează sensibil calitatea lucrărilor grafice pe calculator. Pentru aplicaţii grafice complexe, care operează cu imagini mari şi unde claritatea contururilor şi a culorilor din imagini este importantă, este necesar un monitor cu ecran mare şi cu performanţe bune. Calculatoarele care au funcţii de comunicaţie în reţele, şi nu necesită operarea permanentă pe ele, pot funcţiona şi în absenţa unui monitor. Dar pentru un calculator personal, monitorul este o componentă vitală. 1.6 Placa de bază O placă de bază modernă conţine mai multe componente cum ar fi: diferiţi conectori, chip- uri, slot-uri etc. În continuare se prezintă componentele tipice ce se pot regăsi pe o placă de bază modernă. Majoritatea plăcilor de bază au următoarele componente principale: - procesor; - chipset-ul format din memorie şi controlere de intrare ieşire şi împărţit în North Bridge (Controler de memorie) şi South Bridge (Controler de intrări/ieşiri) - BIOS-ul sau memoria ROM - Socket-urile pentru memoria RAM - magistrale de diferite tipuri - bateria ce alimentează memoria CMOS care memorează modificările realizate în BIOS. 20  Figura 1.11. Componentele unei plăci de bază obişnuite. Configuraţia unei plăci de bază poate fi reprezentată schematic ca în figura de mai jos: Placa video Memorie Chipset Microprocesor HDD Figura 1.12 Reprezentarea schematică a plăcii de bază O reprezentare schematică mai amănunţită a plăcii de bază este prezentată în figura 1.13., chipset-ul fiind divizat în cele două blocuri funcţionale: North Bridge şi South Bridge. Controlerul de memorie (North Bridge) dictează viteza şi tipul UCP-ului şi cantitatea şi tipul 21 de memorie RAM. Controler-ul de intrări-ieşiri prelucrează informaţia provenită de la tastatură şi de la diversele tipuri de magistrale. Controler placă video Magistrală AGP Memorie North Bridge (Controler de memorie) Microprocesor Magistrală Magistrală de memorie FSB Magistrală PCI South Bridge (Controler de intrări HDD - ieşiri) Magistrală SATA Placă reţea Placă de sunet BIOS Figura 1.13. Reprezentarea detaliată a plăcii de bază 22  Figura 1.14. Placă de bază modernă Abit AN78GS. 1.6.1 Microprocesorul Microprocesorul este componenta esenţială a calculatorului ce poate procesa atât date cât şi comenzi care sunt recepţionate şi transmise binar. Majoritatea componentelor unui calculator modern sunt dotate cu microprocesor, este cazul plăcii de reţea, plăcii de sunet şi al plăcii grafice (procesorul plăcii grafice se numeşte Graphic Processing Unit pentru a-l deosebi de procesorul principal din sistem adică cel al unităţii centrale). Figura 1.15. Microprocesorul. Deşi este un dispozitiv foarte complex, microprocesorul este format în principal dintr- un singur tip de element – tranzistorul. Interconectarea unui număr foarte mare de tranzistori (de dimensiuni infime) duc la obținerea porților logice, care, plasate în diverse combinații, formează unități care pot realiza operații aritmetice și logice. Viteza cu care poate fi realizată o astfel de operație este limitată de frecvența cu care tranzistoarele pot comuta între stările închis-deschis, fără a apărea erori. Astfel este limitată și frecvența de lucru (viteza de calcul) a microprocesorului. 23  Cum se fabrică un microprocesor? Fără a intra în detalii, procedeul constă din depunerea pe o placă de siliciu de mare puritate, prin procedee fotolitografice, a unor straturi conductoare ale căror proprietăţi fizice şi chimice sunt bine stabilite. Primul PC (1981) avea frecvenţa de lucru a procesorului (numită şi frecvenţă de tact şi măsurată în Hertzi) de 4,77 Mhz (cu alte cuvinte, putea prelucra 4,77 milioane de semnale binare pe secundă). Deceniile 6-7 ale secolului trecut sunt marcate de câteva evenimente ce vor influenţa puternic evoluţia calculatoarelor. În 1969 se înfiinţează Intel (Integrated ELectronics) şi în 1969 AMD (Adveanced Micro Device) şi va începe concurenţa între Intel şi Motorola. Anii ’70 aduc apariţia pocesorului 8086 pe care se bazează toate procesoarele moderne şi care necesită dezvoltarea de sisteme de operare cu caracteristici adecvate (inclusive Windows Millenium a fost creat pentru procesor tip 8086). În afară de frecvenţa de lucru, un alt parametru foarte important ce caracterizează un microprocesor, este numărul de biţi ce poate fi prelucrat de către un calculator la un moment dat (cuvântul de memorie). Astfel, ultimele microprocesoare au trecut de la cuvinte pe 32 de biţi la cuvinte pe 64 de biţi. Frecvenţa de lucru (Hz) 9000 9000 8000 7000 6000 5200.00 5000 4700 4000 3000 3000 2000 2000 1500 800 1000 400 8 10 25 33 50 66 100 200 0 1984 1989 1992 1995 1998 2000 2002 2012 Figura 1.16 Evoluţia frecvenţei de lucru a microprocesoarelor 1.6.2 Chipset-ul Două plăci de bază cu acelaşi chipset sunt practice identice. Chipset-ul conţine, printre altele, magistrala de interfaţă a procesorului (Front Side Bus - FSB), controlere de memorie, controlere de magistrală. Chipset-ul este la fel de important ca și microprocesorul deoarece afectează performanța și funcționarea sistemului în aceeași măsură. Pentru cumpărătorii avizați, chipset-ul este un criteriu major de care țin seama la achiziționarea unui PC nou. Într-un PC, chipset-ul reprezintă legătura dintre procesor şi toate celelalte componente. Procesorul nu poate comunica cu memoria, cu plăcile de sunet, de reţea sau cu alte dispozitive decât prin intermediul chipset-ului. De acest motiv, chipset-ul poate fi considerat ca fiind cel puţin la fel de important ca procesorul de vreme ce stabileşte viteza de lucru a procesorului, viteza magistralelor sistem, mărimea şi viteza memoriei, etc. Toate chipset-urile Intel sunt structurate pe o configuraţie ce cuprinde două componente majore: North Bridge (în traducere Puntea nordică) ce face legătura între 24 magistrala procesor rapidă şi magistralele AGP şi PCI mai lente şi South Bridge (Puntea sudică) ce face legătura între magistrala PCI şi magistrala ATA sau SATA. Componenta esenţială a unei plăci de bază este North Bridge care este singura ce funcţionează la aceeaşi viteză cu cea a procesorului. Pe plăcile de bază ale calculatoarelor există şi conectorii SATA (Serial ATA) care reprezintă o alternativă de conectare a hard disk-urilor (alta decât conectarea pe vechii conectori IDE numiţi şi Paralell ATA). Avantajul principal constă din creşterea semnificativă a ratei de transfer la 300 Mbps, sau 600 Mbps. Limita actuală a ratei de transfer a unui hard disk pe magistrala SATA este de 133 MB/s, limită ce nu poate fi atinsă de un hard disk conectat pe IDE. Conectorii SATA de pe placa de bază arată ca în figura 1.20. Figura 1.20. Conectorii SATA de pe placa de bază. Tot pe placa de bază se pot localiza următoarele componente: BIOS-ul (de la Basic Input/Output System – “sistem de bază de intrare/ieşire”) este un program înscris într-o memorie de tip ROM de pe placa de bază. BIOS-ul este un program de mărime mică (< 2MB) fără de care calculatorul nu poate funcţiona, acesta reprezentând interfaţa între componentele din sistem şi sistemul de operare instalat. El este cel care intră primul în funcţiune la pornirea calculatorului, permiţând testarea dispozitivelor din sistem, şi apoi lansează în execuţie sistemul de operare, dacă este instalat unul. Memoria BIOS conţine la rândul ei memoria CMOS al cărei conţinut poate fi modificat de către utilizator. 25  Figura 1.21 Ecranul BIOS-ului. Observaţie: BIOS-ul este un program situat in Flash Memory chip (memorie ROM) situat pe placa de bază, fiind numit şi program de boot (încărcare), fiind şi singurul canal prin care componentele hardware comunică cu sistemul de operare. Principala funcţie a BIOS-ului este de a permite sistemului de operare să gestioneze resursele sistemului. De asemenea, din BIOS putem seta diferiţi parametri ai sistemului cum ar fi ora și data curentă, caracteristicile HDD-ul cât şi funcţii mai complexe cum ar fi sincronizarea hardware a diferitor componente,etc. Calculatorul va opera normal sau la putere maximă doar dacă parametrii sunt corect şi optim setaţi în BIOS. Majoritatea producătorilor de plăci de bază oferă posibilitatea de a reînnoi BIOS-ul prin update-uri care se găsesc pe site-ul producătorului, ele cuprinzând diferite funcţii care ajută la configurarea procesorului, cât şi posibilitatea de a instala procesoare apărute mai recent, care lucrează la viteze mai mari. În loc de BIOS poate fi utilizată o interfaţă programabilă de bootare numită UEFI (Unified Extensible Firware Interface) care defineşte un standard de comunicare între sistemul de operare şi firmware în timpul procesului de bootare. 26  Figura 1.22 Interfața UEFI. Placa de bază mai conţine şi interfeţe pentru memoria RAM (tip SIMM, DIMM, sau RIMM), acestea fiind tipuri de module de memorie RAM care au viteze diferite. Observaţie: Odată cu apariţia calculatoarelor Pentium IV, capacitatea maximă de memorie RAM suportată de placa de bază creşte la 4GB. Pe plăcile de bază ale calculatoarelor moderne se pot instala 16GB de memorie RAM. Incorporate pe placa de bază mai sunt şi porturile USB (Universal Serial Bus) 2.0 sau 3.0 pentru camere video/ scannere/ aparate foto digitale, imprimantă, mouse, porturile Fire- Wire, pentru conectarea de dispozitive prin infraroşu (denumite de IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE 1394), ultimul model în ceea ce priveşte dispozitivele prin infraroşu fiind tehnologia Blue-Tooth (Standard pentru PAN - Personal Area Network, fiind folosit pentru comunicarea wireless casnică sau de birou şi foloseşte o bandă de 2.4 Ghz la 720 Kbps, raza de acţiune este de aproximativ 9.144 metri) 27  Plăcile de bază actuale includ şi placa video, placa de reţea şi dar acestea pot fi şi componente distincte. Având în vedere cele de mai sus, memoria unui calculator se poate clasifica astfel: Memorie internă (ce poate fi de două tipuri contructive, RAM şi ROM). Memoria RAM (Random Access Memory) sau memorie cu acces aleator este volatilă (se şterge la scoaterea de sub tensiune) şi stochează temporar informaţiile folosite de diverse programe pe durata execuţiei lor. Cu cât cantitatea de memorie RAM este mai mare, cu atât spaţiul de stocare a informaţiilor temporare este mai mare şi calculatorul va putea mai rapid. Atunci când memoria RAM devine insuficientă, intră în acţiune un mecanism numit memorie virtuală şi care va fi tratat mai pe larg în capitolul rezervat sistemelor de operare. Pentru a funcţiona, un calculator are nevoie de un volum minim de memorie RAM (de exemplu pentru a rula Windows Vista sunt necesari minim 512 MB RAM). În lipsa memoriei RAM sau a defectării acesteia, calculatorul semnalează aceste defecte prin semnale sonore. Memoria ROM (Read Only Memory) este memorie nevolatilă folosită pentru păstrarea anumitor informaţii (firmware) şi memorarea programelor ce declanşează procesul de bootare. Memoria externă formată din orice suport de memorare a datelor, altul decât memoria internă RAM şi ROM. Aşadar memoria externă este formată din: HDD (chiar dacă este plasat în interiorul calculatorului nu face parte din memoria internă), FDD etc. memoria cache este o memorie de capacitate mică dar de foarte mare viteză, plasată între procesor şi memoria internă a sistemului. De fiecare dată când procesorul are nevoie de o informaţie din memorie, aceasta este căutată mai întâi în memoria cache, ceea ce accelerează mult operaţiile repetate cu aceeaşi informaţie, în general foarte frecvente; Memoria cache apare între două componente de viteze de lucru diferite şi oferă posibilitatea componentei mai rapide să-şi termine rapid instrucţiunile. Memoria cache este de două tipuri: de nivel 1 – în interiorul microprocesorului şi de nivel 2 montată pe placa de bază sau pe suportul microprocesorului. Câteva dintre tipurile de memorie frecvent utilizate sunt prezentate în tabelul de mai jos: Tabel 1. Tipuri constructive de memorie. Denumire Detalii Utilizare SRAM (Static RAM) Pe piață din 1990. Este o Camere digitale, rutere, memorie volatilă și este imprimante, monitoare LCD, alimentată continuu cu memoria buffer de la HDD energie electrică. Din acest motiv, integritatea datelor este asigurată. DRAM (Dynamic RAM) Pe piață începând cu 1970 și Console video, memorie până la mijlocul anilor 1990. video. Acest tip de memorie conține condensatori care se descarcă gradual. Descărcarea completă însemnă pierderea datelor. Este nevoie de încărcarea periodică a condensatorilor prin 28  alimentarea lor cu energie electrică în cadrul unui proces dinamic, de aici provenind și denumirea. Este mai lentă decât memoria SRAM și consumă mai multă energie. SDRAM (Synchronous Pe piață din 1993. Operează Console video, memori. e PC Dynamic RAM) în mod sincron cu ceasul sistem, prin urmare va aștepta semnalul de ceas pentru a răspunde la modificările apărute în interfața grafică. DDR SDRAM (Double Data Pe piață începând cu anul Memorie PC Rate SDRAM) 2000. Poate prelucra două operațiuni de scriere și două de citire în fiecare ciclu. Memorie Flash A apărut pe piață în 1984. Camere digitale, tablete, Memorie nevolatilă apropiată telefoane inteligente, ca formă și mod de memory stick-uri, funcționare de SSD (Solid imprimante, PDA-uri State Drives) 1.7 Placa video Face posibilă afişarea imaginilor pe monitor. Placa include un microprocesor propriu numit accelerator grafic şi cu memorie proprie numită memorie video Placa video este componenta care pregăteşte imaginea generată de calculator pentru afişare pe monitor. În multe cazuri, placa video e o componentă distinctă, care se montează pe placa de bază, într- un conector adecvat. Figura 1.23. Placa video ATI FireGL, prima placă video cu 2GB memorie. 29  Placa video include circuite de memorie RAM care alcătuiesc aşa-numita memorie video. O placă video performantă poate avea între 2 GB şi 64GB memorie RAM. În memoria video se stochează informaţiile despre fiecare pixel. Cu cât afişarea se face la o rezoluţie mai mare (adică la o densitate mai mare de puncte pe ecran), cu atât imaginea conţine mai mulţi pixeli. Pe de altă parte, cu cât este mai mare numărul de culori folosite (adâncimea de culoare ce se poate stabili din meniul contextual al desktop-ului), cu atât informaţia de culoare este mai complexă şi necesită un volum mai mare de memorie. Limitele în care pot varia aceşti parametri diferă de la o placă video la alta. Rezultă, deci, că performanţele video ale calculatorului sunt direct proporţionale cu volumul de memorie video şi cu performanţele tehnice ale plăcii video. Observaţie: Dacă placa video este on board (inclusă pe placa de bază) va utiliza din memoria RAM a sistemului. 1.8 Placa de reţea Un calculator conectat într-o reţea locală are întotdeauna montată şi o placă de reţea, prin care se desfăşoară comunicaţia cu celelalte calculatoare din reţeaua locală, folosind un cablu special de reţea, de tip BNC sau UTP. Un calculator personal care lucrează izolat sau care comunică doar prin modem cu alte calculatoare, nu are nevoie de o placă de reţea. În general, comunicaţia prin placa de reţea este mult mai stabilă şi rapidă decât prin modem, dar ea funcţionează bine numai pe distanţe mici, până la câteva sute de metri. Într-un calculator pot fi montate chiar mai multe plăci de reţea, de regulă pentru ca fiecare placă de reţea să asigure comunicarea cu un grup diferit de calculatoare. Este cazul calculatoarelor cu rol de gateway (poartă) între reţele locale, sau cu rol de router (nod de distribuţie) pentru mai multe subreţele. Placa de reţea este utilă, deci, numai pe calculatoarele conectate în reţele locale. Majoritatea calculatoarelor personale nu erau în trecut dotate cu placă de reţea. Figura.1.24. Placă de reţea Quetec wireless, cu conectare PCI. 1.9 Placa de sunet Este una dintre componentele ce permit transformarea calculatorului intr-un sistem multimedia. Placa de sunet este fie separată (standalone), fie cel mai frecvent este inclusă (integrată) pe placa de bază. Plăcile de sunet separate sunt de obicei „interne”, adică se montează într-un slot PCI de pe placa de bază, însă există şi plăci „externe” care se conectează la portul USB. 30  Componenta principală a unei plăci de sunet separate este procesorul audio (numit DSP – „digital signal processor”) şi cu cât acesta este mai puternic cu atât placa va fi mai performantă. În cazul plăcilor de sunet integrate procesorul central (CPU) al calculatorului îndeplineşte de obicei şi funcţia de DSP şi de aceea performanţa generală a sistemului scade într-o mai mică sau mai mare măsura atunci când procesorul central este suprasolicitat, de exemplu în cazul jocurilor. Plăcile de sunet integrate presupun de obicei generarea sunetului prin conlucrarea între procesorul central, controlerul audio din chipset-ul South Bridge de pe placa de bază şi codec-ul aflat sub forma unui mic cip. Codec-ul este conceput pe baza standardului AC97 pus la punct de compania Intel şi este produs de mai multe companii. Cel mai utilizat codec este cel produs de Realtek. Compania Intel a introdus in anul 2004 standardul „Intel High Definition Audio”, menit să înlocuiască standardul AC'97. Noul standard permite obţinerea unui sunet de calitate mai buna şi aduce o serie de îmbunătăţiri tehnologice, printre care tehnologia multi-flux („multi-stream”) care face posibilă prelucrarea simultană a sunetului provenit de la mai multe dispozitive sau aplicaţii prin alocarea de canale separate. Plăcile de sunet integrate urmează însă tendinţa generală a componentelor de calculator în sensul creşterii performanţei şi de aceea tot mai multe soluţii integrate apărute recent includ un procesor audio dedicat. Figura 1.25. Placă de sunet (Creative Blaster). Pe panoul posterior al cutiei unităţii centrale se pot localiza următoarele tipuri de conectori (mufe) prezentaţi în tabelul de mai jos. Tabel 1.Tipuri de conectori. Mufa portului serial (COM, unidirecţional)folosit pentru conectarea mouse-ului, imprimantei, modemului Mufa portului paralel (LPT, bidirecţional) folosit pentru conectarea imprimantei, scanner-ului Mufa portului USB (Universal Serial Bus) folosit pentru conectarea tastaturii, mouse-ului, imprimantei, scanner-ului, memory stick-ului, HDD extern, etc. 31  Conector HDMI (High-Definition Multimedia Inetrface). Transmite imagine și sunet către un monitor, televizor, proiector, etc. Mufa portului FireWire (permite transferuri de date de mare viteză) folosit pentru conectarea camerelor video digitale, a HDD externe. Mufă SCSI folosit pentru conectarea de obicei a mediilor de stocare a datelor Mufa portului pentru jocuri Port PS/2 folosit pentru conectarea tastaturii ş i a mouse-ului Mufa Audio Out folosită pentru conectarea boxelor şi a amplificatoarelor audio Mufa Audio In folosită pentru conectarea dispozitivelor audio externe Mufa S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface) folosită pentru transmiterea semnalului audio către un aparat DVD. Mufa DIN folosită pentru conectarea unui sistem de boxe. Mufa Microfon Mufă pentru conectarea căştilor 32  Mufa MIDI ce permite conectarea aparatelor muzicale Mufă VGA pentru conectarea monitorului. Mufă VGA pentru conectarea monitorului (de tip LCD). Video Out, folosită pentru preluarea imaginilor TV. S-Video, idem Video Out, deosebirea constă în calitatea imaginii Mufa (Ethernet) pentru conectarea la reţea 33  CAPITOLUL II 2.1. Sisteme de numeraţie Organizarea oricărui computer depinde considerabil de reprezentarea numerelor şi caracterelor. În continuare se vor prezenta modurile în care calculatorul memorează şi manipulează caractere şi informaţii. Unitatea de bază de memorare a informaţie se numeşte bit (contragere de la Binary Digit, în traducere cifră binară). Concret, bitul nu este decât starea de „închis”-„deschis” sau „sus”-„jos” dintr-un circuit. Noţiunea de bit a fost utilizată pentru prima dată în teza de doctorat a matematicianului Claude Shannon, care a „inventat” prin teza sa un nou domeniu numit teoria informaţiei. În 1964 proiectanţii calculatorului mainframe IBM System/360 au stabilit prin convenţie folosirea grupurilor de 8 biţi ca unitate de bază a memoriei calculatorului. Astfel a apărut octetul (o) sau byte-ul (B). Un cuvânt este format din doi sau mai mulţi octeţi adiacenţi adresaţi şi manipulaţi împreună. Mărimea cuvântului reprezintă mărimea datelor care sunt optim manevrate de către o anumită arhitectură. Cuvintele pot fi succesiuni de 16, 32, 64 de biţi. O succesiune de 4 biţi (jumătate de octet) se numeşte nibble. Definiţia 1: Un sistem de numeraţie este format din totalitatea regulilor de reprezentare a numerelor cu ajutorul unor simboluri numite cifre. Definiţia 2: Se numeşte baza sistemului de numeraţie numărul total de cifre distincte utilizate într- un sistem de numeraţie. Baza sistemului de numeraţie se notează cu b şi satisface condiţia b>1. Numerele pot fi reprezentate în baza b folosindu-se cifrele cuprinse în intervalul [0, b-1]. Definiţia 3: Un sistem de numeraţie se numeşte poziţional, dacă valoarea unei cifre este dată de poziţia pe care aceasta o ocupă în cadrul numărului. Exemplu: Considerăm numărul 2008 scris în baza 10. n = 2008 numărul de unităţi numărul de zeci numărul de sute numărul de mii Se observă că, în funcţie de poziţia pe care o ocupă, cifra 0 are valori diferite. Datele sunt reprezentate în computer numai în sistem binar, sistemele octal şi hexazecimal fiind notaţii folosite de către programatori pentru scurtarea notaţiilor prea lungi care ar rezulta în cazul reprezentării în binar a numerelor mari. 34 2.2 Algoritmi de conversie Conversia numerelor întregi din baza 10 în baza b Fie x Z+. Dacă x