Informatica -teorie.pdf

I.1. Noţiunea de sistem de calcul De-a lungul timpului au existat numeroase încercări pentru a realiza dispozitive capabile sa prelucreze informaţiile, memorând şi prelucrând informaţiile de intrare, pentru a produce informaţiile de ieşire. Perioada în care s-a...

I.1. Noţiunea de sistem de calcul De-a lungul timpului au existat numeroase încercări pentru a realiza dispozitive capabile sa prelucreze informaţiile, memorând şi prelucrând informaţiile de intrare, pentru a produce informaţiile de ieşire. Perioada în care s-au intensificat eforturile destinate creării unor astfel de dispozitive a fost perioada celui de-al doilea război mondial. Cei care au contribuit la apariţia computerelor, în forma în care se prezintă astăzi sunt: John von Neumann, Alan Turing, Kurt Gödel. După ce au fost stabilite principiile de bază, perioada care a urmat a fost consacrată perfecţionării tehnologiilor folosite. Dezvoltarea electronicii a condus la creşterea puterii de calcul. Gordon Moore, fondatorul companiei Intel, a afirmat cu trei decenii în urmă că sistemele de calcul îşi dublează puterea la fiecare 18 luni. Deşi această afirmaţie se bazează numai pe observaţii practice, fără fundamentare teoretică, trecerea timpului i-a confirmat valabilitatea până în zilele noastre. Datorită acestei evoluţii deosebite a computerelor, utilizarea lor a invadat toate domeniile activităţii noastre. Dezvoltarea reţelelor de calculatoare şi apariţia Internet-ului a dus la accesul la o cantitate uriaşă de informaţii. Un sistem de calcul este alcătuit din două componente: hardware şi software. Hardware este un termen general care desemnează partea fizică a unui calculator, alcătuită din componente electronice şi mecanice. Software este termenul care desemnează totalitatea programelor folosite de un computer pentru a memora şi prelucra informaţia. Un sistem hardware performant este inutil în absenţa programelor care să realizeze activităţile dorite, iar programele, la rândul lor, au nevoie de dispozitive hardware pe care să ruleze. Performanţele la care au ajuns astăzi sistemele de calcul au fost posibile numai datorită activităţii celor implicaţi în dezvoltarea echipamentelor şi scrierea programelor. I.2. Tipuri de calculatoare Problemele pe care le putem rezolva în ziua de astăzi sunt atât de complexe şi variate, încât nu este de mirare că există mai multe tipuri de calculatoare. Atunci când achiziţionăm un calculator trebuie să avem în vedere caracteristici referitoare la puterea de calcul, capacitatea de stocare şi, nu în ultimul rând, preţ. Un criteriu de clasificare a calculatoarelor poate fi şi gradul de miniaturizare. Pe măsură ce coborâm pe scara dimensiunilor fizice a sistemelor de calcul, constatăm o reducere progresivă a puterii de calcul, a capacităţii de stocare, dar şi a preţului. Supercalculatoarele includ sute, uneori chiar mii de procesoare care lucrează în paralel. Rezultă o mare putere de calcul, datorită şi faptului că se utilizează tehnologii de ultimă generaţie, iar preţul nu este factorul cel mai important în construcţia lor. O asemenea putere de calcul este utilă în domenii de vârf ale ştiinţei cum ar fi: studiul cutremurelor, studiul cosmosului, elaborarea modelelor climatice, secvenţierea genomului, etc. Preţul unui supercalculator este pe măsura performanţelor şi se exprimă în milioane de dolari. O alternativă mai ieftină este utilizarea sistemelor distribuite, bazate pe reţele de calculatoare. Mainframe reprezintă un calculator de mare putere, dar nu la fel puternic precum un supercalculator. Sunt folosite, mai ales, pentru gestiunea bazelor de date de dimensiuni foarte mari şi alte aplicaţii asemănătoare care necesită o capacitate de stocare foarte mare şi interacţiunea cu un număr foarte mare de utilizatori, printr-un volum foarte mare de comunicaţii de date. Pot fi folosite şi pentru efectuarea de calcule ştiinţifice de o complexitate mai redusă decât cele realizare de supercalculatoare. Serverul este un calculator care are rolul de a pune la dispoziţia altor calculatoare diverse tipuri de resurse (capacitate de stocare, putere de calcul, informaţii de diferite tipuri, etc.), de obicei, prin intermediul unei reţele de calculatoare. Fiind necesar ca serverul să poată rezolva mai multe cereri în acelaşi timp, este necesar ca el să aibă o putere de calcul foarte mare. Un exemplu foarte cunoscut este reprezentat de serverele Web. Serverele de vârf au tendinţa de a înlocui calculatoarele de tip mainframe, deoarece progresul tehnologic permite obţinerea unor performanţe superioare de către calculatoarele de dimensiuni reduse. Un server poate include un mare număr de procesoare, iar capacitatea de stocare poate fi foarte mare. Staţiile de lucru sunt destinate lucrului individual, având însă posibilitatea rulării unor aplicaţii profesionale, cum ar fi: grafică 3D, aplicaţii audio şi video, etc. Sistemele desktop fac parte din categoria calculatoarelor personale care pot fi folosite pentru aplicaţii de birou (editare de texte, calcul tabelar, lucrul cu baze de date de dimensiuni reduse, etc.), sau pentru jocuri. Sunt cele mai ieftine calculatoare şi cele mai accesibile publicului larg. Ele se adresează şi utilizatorilor nespecialişti în informatică. Laptop şi notebook sunt termeni utilizaţi pentru desemnarea calculatoarelor portabile. Acestea au la bază aceleaşi tehnologii ca şi sistemele desktop şi sunt comparabile cu acestea din toate punctele de vedere: putere, preţ, etc. Diferenţa constă în accentul pus pe mobilitate. Un laptop are dimensiuni şi o greutate reduse şi poate funcţiona un timp (câteva ore) cu ajutorul bateriilor fără a fi alimentat de la reţeaua electrică. Laptop-urile sunt utilizate, în special, în mediul de afaceri, unde mobilitatea este esenţială.  I.3. Arhitectura unui sistem de calcul Modelul de bază pentru arhitectura unui sistem de calcul a fost introdus de savantul american John von Neumann, ca rezultat al participării sale la construcţia calculatorului ENIAC, în anii 1944-1945. Acest model este cunoscut în literatura de specialitate ca arhitectura von Neumann. După cum se observă în Figura1, un sistem de calcul este format din 3 unităţi de bază, care sunt conectate între ele prin 3 căi separate de comunicaţie, numite magistrale (mai des se foloseşte termenul englezesc - bus). Figura 1 Informaţiile vehiculate în sistemul de calcul se împart în 3 categorii: - date care trebuie prelucrate - instrucţiuni care indică prelucrările ce trebuie efectuate asupra datelor (adunare, scădere, comparare etc.) - adrese care permit localizarea diferitelor date şi instrucţiuni Simplist spus, sarcina unui sistem de calcul este de a executa instrucţiuni (grupate în secvenţe coerente, care urmăresc un obiectiv bine stabilit, numite programe) asupra datelor; adresele joacă un rol auxiliar, dar nu mai puţin important. Unitatea de memorie are rolul de a stoca atât instrucţiunile, cât şi datele asupra cărora vor opera instrucţiunile (operanzii). Instrucţiunile unui program trebuie aduse în memorie anterior începerii execuţiei programului respectiv. De asemenea, unele date se vor afla în memorie înaintea pornirii prelucrării, iar rezultatele prelucrării se vor memora în timpul execuţiei programului. Această memorie, realizată în diverse tehnologii de-a lungul evoluţiei calculatoarelor, constituie suportul fizic necesar desfăşurării operaţiilor executate de CPU. Structural, memoria este formată dintr-un număr mare de celule independente (numite şi locaţii), fiecare celulă putând memora o valoare. Pentru organizarea şi regăsirea informaţiilor în memorie se folosesc aşa-numitele adrese. O adresă este de fapt un număr care identifică în mod unic o locaţie de memorie. Cu alte cuvinte, fiecărei locaţii îi este asociat un număr unic (adresa sa), în aşa fel încât să nu existe două locaţii diferite cu aceeaşi adresă. Pentru accesarea unei informaţii din memorie se furnizează adresa acelei informaţii, iar circuitele de control al memoriei vor furniza conţinutul locaţiei care reprezintă informaţia cerută. Similar se petrec lucrurile şi la scrierea în memorie. Tehnologic, unele dispozitive de memorie pot reţine informaţia numai când sunt alimentate electric (şi avem de-a face cu aşa-zisa memorie volatilă), în timp ce altele păstrează informaţia şi atunci când nu sunt alimentate electric, formând memoria nevolatilă. Aceasta din urmă este folosită în mod special la stocarea programelor pentru iniţializarea calculatorului şi a sistemului de operare. Unitatea centrală de prelucrare (CPU) are rolul de a executa instrucţiunile. Din acest motiv, CPU reprezintă componenta cea mai importantă a sistemului de calcul şi poate controla activitatea celorlalte componente. Dispozitivele de intrare/ieşire (I/O - input/output), numite şi dispozitive periferice, permit transferul informaţiei între CPU, memorie şi lumea externă. Funcţional, aceste dispozitive de I/O pot fi adresate (apelate) de către CPU similar cu memoria, ele dispunând de asemenea de câte un set de adrese. În mod clasic, schimbul de informaţii cu exteriorul se face sub controlul CPU, dar există tehnici, care vor fi amintite mai târziu, prin care accesul la memorie se poate face şi cu o intervenţie minimă a CPU (aşa-numitele transferuri DMA - Direct Memory Access). Cele mai utilizate periferice sunt: monitorul, tastatura, mouse-ul, discul dur, mediile de stocare portabile (dischetă, CD, DVD etc.), imprimanta. Busul de date este acea cale care leagă cele 3 blocuri funcţionale (o parte a sa poate să iasă şi în exteriorul sistemului) şi pe care se vehiculează datele propriu-zise (numere sau caractere) sau instrucţiunile programului. Busul de adrese este calea pe care sunt transmise de CPU adresele către memorie, când se face o operaţie cu memoria (citire sau scriere), sau se vehiculează adresele dispozitivului de I/O în cazul unui transfer cu un periferic.  Busul de comenzi vehiculează semnalele de comandă şi control între toate aceste blocuri şi astfel permite o sincronizare armonioasă a funcţionării componentelor sistemului de calcul. În marea majoritate a cazurilor, semnalele de comandă sunt emise de către CPU şi servesc la controlul funcţionării celorlalte componente. Arhitectura de tipul von Neumann a fost o inovaţie în logica maşinilor de calcul, deosebindu-se de cele care se construiseră până atunci prin faptul că sistemul trebuia să aibă o cantitate de memorie, similar creierului uman, în care să fie stocate atât datele, cât şi instrucţiunile de prelucrare (programul). Acest principiu al memoriei a reprezentat unul din fundamentele arhitecturale ale calculatoarelor. Diferenţa fundamentală consta în stocarea în memorie nu numai a datelor, ci şi a programelor. A început astfel să apară din ce în ce mai clar care este aplicabilitatea memoriei. Datele numerice puteau fi tratate ca şi valori atribuite unor locaţii specifice ale memoriei. Aceste locaţii erau asemănate cu nişte cutii poştale care aveau aplicate etichete numerotate. O astfel de locaţie putea conţine o variabilă sau o instrucţiune. A devenit posibil ca datele stocate la o anumită adresă să se schimbe în decursul calculului, ca urmare a paşilor anteriori. Astfel, numerele stocate în memorie au devenit simboluri ale cantităţilor şi nu neapărat valori numerice, în acelaşi mod în care algebra permite manipularea simbolurilor x şi y fără a le specifica valorile. Cu alte cuvinte, se putea lucra cu entităţi abstracte. Calculatoarele ulterioare şi mai târziu microprocesoarele au implementat această arhitectură, care a devenit un standard. În ciuda vechimii sale, arhitectura von Neumann nu a putut fi înlocuită până azi. I.4. Reprezentarea datelor în sistemele de calcul Principala activitatea a unui calculator este aceea de a efectua calcule. Cu toate acestea, cei care au utilizat măcar o dată un computer îşi dau seama că activităţile realizate de acesta sunt cu mult mai complexe. Într-o accepţiune mai generală putem spune că un calculator are ca obiectiv principal prelucrarea informaţiei. Unitatea de măsură a informaţiei este bitul. Bitul are două stări posibile. Cele mai eficiente forme de implementarea biţilor au fost cele bazate pe circulaţia curentului electric, acestea prezentând avantajul unei viteze de operare mult mai mare decât sistemele mecanice sau de altă natură. În circuitele electrice cele două stări care definesc un bit sunt uşor de definit: putem asocia una dintre stări cu situaţia în care curentul electric străbate o porţiune de circuit, iar cealaltă cu situaţia în care curentul nu parcurge aceeaşi porţiune de circuit. (Electroniştii preferă să discute despre cele două stări în termenii nivelelor de tensiune din circuit, dar, de fapt, ideea este aceeaşi.) În timp, au fost folosite dispozitive tot mai sofisticate, pornind de la comutatoare, continuând cu releele şi diodele, ajungându-se astăzi la utilizarea tranzistorilor. Toate acestea se bazează pe acelaşi principiu: permiterea trecerii curentului electric sau blocarea sa. Deoarece am afirmat că obiectivul urmărit este cel de a realiza circuite care să permită efectuarea de calcule, este necesar ca biţii să primească o semnificaţie numerică. Prin convenţie, celor două stări ale unui bit le sunt asociate două valori: 0 şi 1. În acest fel, putem considera că lucrăm, de fapt, cu cifre în baza 2, iar calculele devin posibile. O singură cifră în baza 2 conţine prea puţină informaţie pentru a fi utilă. Deoarece numerele sunt şiruri de cifre, a apărut ideea de a reprezenta cifrele prin şiruri de biţi. Deşi pentru noi lucrul în baza 2 pare dificil datorită obişnuinţei de a lucra în baza 10, în realitate nu există diferenţe conceptuale majore între diferite baze de numeraţie. O întrebare care apare în mod firesc este: de ce se preferă utilizarea biţilor şi deci a numerelor in baza 2 dacă oamenii lucrează cu numere în baza 10? Răspunsul este de natură tehnologică: este dificil de realizat un dispozitiv cu 10 stări distincte care să permită implementarea cifrelor în baza 10. Pe de altă parte, într-un sistem de calcul este necesară standardizarea şirurilor de biţi prin care sunt memorate numerele. Soluţia este de e a permite şirurilor de biţi să aibă numai anumite dimensiuni prestabilite. Procedând în acest mod, circuitele din calculator se pot înţelege între ele deoarece lucrează cu operanzi de aceeaşi dimensiune. O altă unitate de măsură a informaţiei este octetul, sau byte-ul. Acesta este un şir de 8 biţi şi reprezintă un standard unanim acceptat. Un octet poate avea 28=256 de valori diferite, ceea ce este insuficient pentru unele tipuri de informaţie vehiculate în calculator. Se permite astfel ca operanzii să aibă dimensiuni mai mari, dar numai multipli de dimensiunea octetului şi aceşti multipli nu pot fi decât puteri ale lui 2. De-a lungul timpului dimensiunea maximă a operanzilor a fost de 16, 32 sau 64 de biţi (respectiv 2, 4 sau 8 octeţi) şi, probabil, va continua să crească. Această dimensiune poartă denumirea de cuvânt. Dimensiunea unui disc hard sau a unui circuit de memorie este cu mult mai mare decât un octet. Pentru a putea exprima aceste mărimi s-au introdus denumiri pentru multipli. În informatică se preferă exprimarea multiplilor în baza 2. Astfel, prefixul kilo (care desemnează, de obicei, un multiplu egal cu 103=1000), reprezentat prin simbolul K, are aici valoarea 210=1024, valoare foarte apropiată de 1000. Un kilooctet (sau kilobyte) se notează cu Ko (sau KB) şi este egal cu 210=1024 octeţi (byte). În mod analog, se definesc şi ceilalţi multipli: mega- (1Mo=220octeti), giga- (1Go=230octeţi), tera- (1To=240 octeţi).  Menţionăm că, spre deosebire de noţiunea de bit, a cărei definire are o puternică bază teoretică, octetul este doar un standard impus de practică. Nu există un motiv conceptual pentru a considera că dimensiunea de 8 biţi este una specială, numai că, la un moment dat, s-a considerat că aceasta corespunde necesităţilor practice. Acest standard s-a impus pe scară largă, iar înlocuirea lui, din acest motiv, este foarte dificilă. Deoarece valoarea unui bit este materializată în practică de o valoare de tensiune, operaţiile aritmetice cele mai simple cum ar fi adunarea sau scăderea nu au sens într-un circuit electric. Altfel spus, deşi avem posibilitatea fizică de a reprezenta numerele, trebuie să putem reprezenta şi operaţiile care trebuie efectuate asupra lor. Cel care a oferit soluţia la această problemă a fost matematicianul englez George Boole. Cu mult înainte de apariţia calculatoarelor, adică în jurul anului 1850, acesta a arătat că probleme matematice complexe pot fi rezolvate prin reducere la o serie de răspunsuri de tipul „adevărat” sau fals. El a elaborat o teorie numită logica Boole (sau logică booleană), care lucrează cu aceste două valori. Observăm imediat o analogie cu noţiunea de bit, care poate lua tot două valori. Dacă asociem valoarea „adevărat” din logica lui Boole cu cifra binară 1, iar valoarea „fals” cu cifra binară 0, rezultatele logicii booleene pot fi folosite direct în tehnica de calcul. Logica booleană defineşte un set de operaţii elementare (NOT, AND, OR, etc.) cu ajutorul căreia poate fi descrisă orice funcţie. Aceste operaţii elementare pot fi implementate uşor cu ajutorul tranzistorilor. Astfel, adunarea, scăderea şi celelalte operaţii aritmetice, care sunt în fond nişte funcţii matematice, pot fi realizate practic. În concluzie, deşi spunem că un calculator lucrează cu numere, el lucrează, de fapt, cu şiruri de biţi, asupra cărora se aplică o serie de prelucrări, pe care noi le numim adunare, scădere, etc. Pe baza conceptelor de mai sus sunt create circuite din ca în ce mai complexe, capabile să realizeze sarcini din ce în ce mai dificile. Aceste circuite formează, în cele din urmă, sistemul de calcul. I.5. Unitatea centrală Elementele fizice ale calculatorului sunt alcătuite, din punct de vedere constructiv, din componente electronice. Placa de bază conţine mai multe circuite şi conectorii care asigură funcţionarea calculatorului. Pe placa de bază se conectează toate celelalte componente: microprocesorul, memoria RAM şi memoria ROM, precum şi alte plăci (placa video, placa de sunet, etc.), tastatură, mouse, etc. Pe placa de bază se găsesc: ▪ Slot-uri: dispozitive care permit montarea componentelor interne (slot pentru procesor, slot AGP pentru placa video, etc.); ▪ porturi: seriale, paralele, USB, la care se conectează componentele externe (tastatură, mouse, memorie flash, cameră foto digitală, etc.); ▪ componente integrate (de exemplu, placa de sunet). Plăcile de bază se aleg în funcţie de procesor. Dacă procesorul şi placa de bază nu sunt compatibile, calculatorul nu va porni. Microprocesorul (CPU) are forma unui singur circuit integrat care este ataşat la placa de bază cu ajutorul mai multor pini. În componenţa sa intră memoria cache, cea mai rapidă memorie care reţine datele care sunt cel mai des accesate de pe disc, sau din fişiere. Microprocesorul are cea mai mare influenţă asupra vitezei de lucru a uni calculator. Principalele caracteristici ale unui procesor sunt: ▪ viteza de lucru care este determinată de frecvenţa impulsurilor pentru circuitele integrate ale calculatorului, de dimensiunea regiştrilor interni şi a magistralei de date, de dimensiunea memoriei cache şi de modelul constructiv (X86, Pentium, etc.); ▪ setul de instrucţiuni pe care îl poate executa; ▪ capacitatea maximă de memorie pe care o poate accesa. Memoria internă este alcătuită din mai multe locaţii de memorie, dimensiunea uzuală a unei locaţii fiind de un octet. Fiecare locaţie este identificată printr-un număr unic, adresa sa. Din punct de vedere funcţional, există mai multe tipuri de memorii: ▪ memorie RAM (Random Accces Memory) permite atât scrierea în memorie, cât şi citirea datelor din memorie. La oprirea calculatorului, datele din memoria RAM se pierd (fac excepţie memoriile RAM nevolatile). Memoria RAM este utilizată pentru stocarea datelor şi a rezultatelor în timpul operaţiilor de prelucrare a informaţiilor. Viteza sa se măsoară în nanosecunde. ▪ Memoria ROM (Read-Only Memory) permite numai operaţia de citire, conţinutul acestei memorii fiind înscris prin procesul de fabricaţie, nu poate fi schimbat. Este utilizată pentru memorarea informaţiilor necesare funcţionării sistemului. Placa video asigură afişarea imaginilor pe monitor. Este a doua componentă, după procesor, care determină viteza calculatorului. Placa video se fixează de placa de bază printr- un slot AGP (cel mai frecvent) sau PCI. Caracteristicile memoriei video sunt:  ▪ memoria proprie folosită pentru a atenua diferenţa dintre viteza mare a procesorului şi viteza plăcii video; ▪ interfaţa – tipul portului prin care se conectează la placa de bază şi viteza de transfer a datelor prin interfaţă. Placa de sunet este, de cele mai multe ori, integrată în placa de bază. Plăcile de sunet separate sunt mai performante decât plăcile de sunet integrate, dar, pentru aplicaţii audio obişnuite (muzică în format mp3, filme sau jocuri), o placă de sunet inclusă în placa de bază este suficientă. Placa de reţea permite conectarea calculatorului într-o reţea de calculatoare şi folosirea resurselor reţelei. Placa de reţea este necesară dacă vrem să avem acces la Internet prin cablu TV. Modem-urile sunt dispozitive care convertesc un semnal binar în unul analogic. Viteza lor se măsoară în kilobiţi pe secundă. Se folosesc pentru a conecta calculatoarele între ele prin intermediul unei linii telefonice (comunicarea presupune existenţa modemurilor compatibile, câte unul pentru fiecare calculator). Memoria externă Memoria externă (auxiliară) este alcătuită din suporturi elecromagnetice: discuri flexibile şi discuri dure. Unul din principalele dezavantaje ale sale este faptul că este mai lentă faţă de memoria internă. Principalele avantaje sunt că este mai ieftină, iar suportul pe care se înregistrează poate fi extras din calculator şi dus în altă parte, eventual la alt calculator. Trebuie să facem distincţia între unitatea de disc, care este dispozitivul care gestionează un disc şi discul propriu-zis, care este suportul de memorare. Discurile magnetice (flexibile sau dure) funcţionează după următorul principiu: discul este acoperit cu un strat de oxid magnetic pe ambele feţe, este rotit în jurul axei sale, iar transversal este parcurs de un cap de citire/scriere. Astfel, într-un timp scurt, capul de citire/scriere se plasează pe locul dorit. Un disc este organizat în piste (tracks) circulare, succesive, pistele fiind împărţite în sectoare. Localizarea pistelor şi sectoarelor nu este permanentă în structura fizică a discului magnetic. Ele sunt marcate printr-un proces numit formatare. Formatarea duce la pierderea tuturor datelor de pe disc. Caracteristicile unui disc magnetic sunt: ▪ capacitatea de memorare, măsurată în Mo sau Go; ▪ viteza de acces la date, adică timpul de răspuns între momentul unei cereri de acces şi momentul obţinerii datelor; ▪ rata de transfer – cantitatea medie a datelor transferate în unitatea de timp;  ▪ timpul de căutare – timpul necesar deplasării capetelor de citire/scriere de la o pistă la alta. a. Hard-disk-ul (discul dur) este componenta în care sunt stocate sistemul de operare, fişierele instalate şi programele utilizatorului. Hard-disk-ul este o memorie nevolatilă. Este alcătuit din mai multe discuri de aluminiu (numite platane), acoperite cu oxid de fier, suprapuse pe acelaşi ax. Faţa superioară a primului disc şi cea inferioară a ultimului disc nu sunt utilizate. Există un cap de citire/scriere pentru fiecare faţă. Capetele sunt montate pe un sistem de braţe şi se mişcă solidar. Capetele de citire/scriere funcţionează aproape simultan şi asigură o viteză de transfer a informaţiei mult mai mare decât cea a discurilor flexibile. Caracteristicile hard-disk-ului sunt: ▪ capacitatea de stocare (cantitatea de date care poate fi memorată, care se măsoară în GB) ▪ viteza de rotaţie (cu cât aceasta este mai mare, cu atât citirea şi scrierea datelor este mai rapidă, iar calculatorul este, şi el, mai rapid). Rata de transfer a hard-disk-urilor este de ordinul megaocteţilor pe secundă. b. Discheta (floppy-disk) este un disc magnetic flexibil, portabil. Capacitatea sa de stocare este foarte mică, dar şi timpul de acces este redus. O dischetă are dezavantajul că se deteriorează repede. Dischetele se rotesc în unitate cu o viteză de 300 sau 360 rot/min. Capul de citire intră în contact direct cu pistele. Rata de transfer este de câţiva kiloocteţi pe secundă. c. CD-ROM-ul (Compact Disk – Read-Only Memory) permite citirea datelor de pe CD, sau citirea CD-urilor audio. Caracteristica principală a unui CD-ROM este viteza de rotaţie care este proporţională cu viteza de citire. Capacitatea de memorare este de aproximativ 700Mo. CD-urile sunt realizate dintr-un material reflectorizant acoperit cu o peliculă protectoare transparentă. Înregistrarea de informaţii pe CD se face prin crearea unei variaţii pe suprafaţa reflectorizantă. Citirea lor se face cu un fascicul laser care determină aceste variaţii, uzura discului fiind mult mai redusă decât la cele magnetice. Dezavantajul este că CD-urile pot fi doar citite şi nu scrise. d. CD-R (CD – Recordable) este asemănător cu un CD-ROM, dar poate, atât să citească CD-uri, dar să le şi scrie. e. CD-RW (CD – Rewritable) pentru discuri optice care pot fi rescrise. f. DVD-ROM (Digital Versatile Disk– Read-Only Memory) a apărut ca o extensie a CD-ROM-ului, având aceleaşi proprietăţi, dar o capacitate de stocare mult mai mare (până la 4,7GB). DVD-ROM-ul tinde să înlocuiască CD-ROM-ul având o mai mare capacitate de stocare a datelor.  g. Memoria Flash USB este uşor de folosit, este mai rezistentă decât discheta, are viteză mare de transfer şi capacitatea sa de stocare este de până la 20GB. h. Streamer-ul este o casetă magnetică asemănătoare unei casete video. Poate fi scrisă sau citită. Capacitatea de memorarea este de sute de Mo, dar are viteză de lucru mică în raport cu discurile optice, iar accesul la date este secvenţial. i. Unităţile de memorare amovibile – au capacităţi de memorate mari (sute de Mo) şi viteze de acces satisfăcătoare. Sunt cu suport magnetic (folosesc o tehnologie asemănătoare cu floppy-disk şi hard-disk) şi cu suport magneto-optic (îmbină tehnologiile tradiţionale de înregistrare magnetică cu cele realizate cu ajutorul laserului). Dispozitivele periferice a) Dispozitive periferice de intrare Tastatura (keyboard) este cel mai utilizat dispozitiv periferic. De la tastatură putem introduce date, comenzi, etc. Tastele se împart în mai multe categorii: ▪ taste caracter – sunt amplasate în partea stângă a tastaturii şi sunt poziţionate ca la maşina de scris. Aici se află caracterele alfabetului, semnele de punctuaţie şi caracterele speciale. Simbolurile din partea de sus a tastelor se obţin astfel: se apasă simultan tasta care conţine simbolul respectiv şi tasta Shift. ▪ taste funcţionale (F1, F2,..., F12) se află în partea stângă, sus, a tastaturii. Apăsarea unei astfel de taste duce la executarea unei comenzi. ▪ taste de poziţionare şi editare – sunt poziţionate în dreapta tastelor caracter şi au următoarele întrebuinţări: ▪ săgeţile – determină modificarea poziţiei cursorului în direcţia respectivă; ▪ Page Up şi Page Down – afişează conţinutul ecranului anterior, respectiv următor; ▪ Delete – şterge caracterul care urmează cursorului; ▪ End – mută cursorul la sfârşit de linie/pagină/document; ▪ Home – mută cursorul la început de linie/pagină/document; ▪ Insert – comută între modul de lucru în inserare sau suprapunere; ▪ Pause – opreşte afişarea pe ecran; ▪ Scroll Lock – opreşte „defilarea” textului pe ecran; ▪ Print Screen – tipăreşte ecranul curent; ▪ BackSpace – şterge caracterul din stânga cursorului. ▪ taste numerice – sunt situate în partea dreaptă a tastaturii. Acest bloc de taste se activează/dezactivează prin apăsarea tastei Num Lock.  ▪ taste speciale ▪ Shift, CTRL, ALT - taste de alternate, CTRL şi ALT împreună cu alte taste pot genera comenzi; ▪ Enter – sfârşit de rând sau de comandă; ▪ ESC – se renunţă la meniul curent; ▪ Tab – trece cursorul la rubrica următoare; ▪ tasta cu simbolul Window – deschide meniul START. În mod obişnuit, tastatura are 102 sau 103 taste. Există şi tastaturi cu butoane suplimentare pentru multimedia şi Internet, sau tastaturi wireless (fără cablu, legătura cu unitatea centrală făcându-se prin unde radio). Mouse-ul este un dispozitiv periferic de intrare cu două sau trei butoane cu ajutorul căruia se poate deschide un meniu, se poate selecta o opţiune a unui meniu, se poate selecta un text. Mouse-ul poate avea unul sau două butoane Scroll care sunt folosite pentru deplasarea rapidă în cadrul unui document mare, sau a unei pagini Web. Tipuri de mouse: ▪ mouse mecanic – are o bilă grea care se roteşte în toate direcţiile şi senzori care detectează sensul de mişcare al bilei; ▪ mouse optic – deplasarea se face cu ajutorul unui laser şi este mai rapid şi mai precis decât un mouse cu bilă, dar este mai scump; ▪ mouse wireless – conexiunea cu unitatea centrală se face prin unde radio. Scanner-ul – este un dispozitiv care poate converti imagini şi texte în fişiere de un tip specific, pentru a fi apoi afişate şi prelucrate cu ajutorul calculatorului. Caracteristici principale: rezoluţia de scanare, numărul de culori, viteza de scanare, compatibilitatea cu programele de prelucrare a imaginilor. Scanerele dispun de soft-uri de recunoaştere a caracterelor, fişierul rezultat în urma scanării unui text putând fi şi unul de tip text (nu grafic) care va putea fi apoi prelucrat cu editoarele de texte. Ecranul tactil (touchpad) este o suprafaţă sensibilă la atingere. Prin schimbarea poziţiei degetului pe această suprafaţă se schimbă poziţia cursorului. Se foloseşte, în special, la calculatoarele portabile (laptop). Una din soluţiile tehnologice constă într-un ansamblu de fire conductoare dispuse uniform pe acest ecran, parcurse de curent electric. Joystick-ul este un dispozitiv utilizat pentru jocurile pe calculator. Rolul său este de a deplasa cursorul pe ecran. El are două sau mai multe butoane şi un ax central. Modele mai noi au şi un mic motor care simulează, de exemplu, rezistenţa pe care o opune manşa unui avion.  TrackBall este asemănător cu mouse-ul, numai că bila este deasupra şi se roteşte cu degetul. Pe lângă bilă mau sunt amplasate şi butoane. Faţă de mouse are avantajul că necesită mai puţin spaţiu. Tableta grafică este alcătuită dintr-o tăbliţă şi un creion al cărui vârf emite un câmp magnetic. Desenând cu creionul pe tăbliţă, vom obţine acelaşi desen pe ecran. Cititorul de coduri este un dispozitiv dedicat culegerii unor informaţii scurte (valori de coduri numerice sau alfanumerice). b) Dispozitive periferice de ieşire Monitorul (display) este perifericul de ieşire care face legătura vizuală dintre utilizator şi calculator. Monitoarele se deosebesc după tipul de afişare a imaginilor: ▪ monitoare cu tub catodic (Cathodic Ray Tube –CRT); ▪ monitoare cu cristale lichide (Liquid Crystal Display -LCD); ▪ monitoare cu plasmă (Plasma Display Panel – PDP). Principalele caracteristici ale monitorului sunt: ▪ rezoluţia – mărime care se măsoară în pixeli (pixel = punct într-o imagine). Cu cât rezoluţia este mai mare, cu atât calitatea imaginilor afişate pe monitor este mai bună; ▪ definiţia – este diametrul unui pixel. Cu cât valoarea este mai mică, imaginea este mai clară şi mai puţin obositoare; ▪ frecvenţa – mărime care se măsoară în hertzi. Frecvenţa reprezintă numărul de imagini noi care apar pe monitor într-o secundă. Cu cât este mai mare a valoare, cu atât este mai odihnitor pentru ochi; ▪ dimensiunea diagonalei ecranului – se măsoară în inch; ▪ cantitatea de radiaţii emise de monitor – este invers proporţională cu calitatea monitorului. Cantitatea de radiaţii arată cât sunt de sănătoase monitoarele pentru vedere. Ultima generaţie de monitoare este cu radiaţie redusă (low radiation); ▪ numărul de culori. Imprimanta este un dispozitiv care transferă pe hârtie texte sau imagini. După modul de imprimare există mai multe categorii de imprimante: ▪ matriceale – Fiecare caracter imprimabil este descris cu o matrice de puncte (5×7). Fiecărui punct din matrice ii va corespunde un ac care, pentru caracterele unde este necesar, va lovi hârtia şi o panglică tuşată (ribbon). Sunt destul de lente şi zgomotoase; ▪ cu cap-margaretă – funcţionează după un principiu similar maşinii de scris. Pentru fiecare caracter există câte un desen reliefat al caracterului respectiv, dispus pe un cap. Un braţ va lovi acest cap, astfel atingând banda tuşată şi hârtia aflată sub aceasta;  ▪ cu jet de cerneală – imprimă proiectând picături fine de cerneală pe hârtie, calitatea imprimării fiind foarte bună; ▪ laser – funcţionează după principiul copiatoarelor. O rază laser polarizează electrostatic mai mult sau mai puţin un cilindru special pe care apoi se depune mai mult sau mai puţin toner (un fel de praf de cărbune) care se va depune pe hârtie. Calitatea imprimării este mai bună decât la imprimantele cu jet de cerneală, dar sunt mai scumpe. Plotter-ul este un trasator de curbe, având un dispozitiv de scriere montat pe un braţ, a cărui deplasare poate fi comandată cu valori numerice sau analogice de un calculator. Curbele trasate sunt continue, fără deformări specifice imprimantelor. Este folosit pentru realizarea de desene tehnice, hărţi, postere. II. Sisteme de operare Sistemul de operare un ansamblu de programe care au rolul de a gestiona utilizarea optimă a resurselor calculatorului (procesor, memorii, unităţi periferice). Pentru a putea să gestioneze resursele unui computer, un sistem de operare trebuie să îndeplinească următoarele funcţii: - să controleze execuţia programelor (să le încarce în memoria internă, să le lanseze în execuţie şi să încheie execuţia acestora); - să planifice şi să controleze fluxul lucrărilor; - să asigure tehnici de comunicaţie între procese şi să sincronizeze aceste comunicaţii; - să gestioneze spaţiul din memoria internă şi din memoria externă, timpul de lucru al procesorului şi operaţiile de intrare/ieşire; - să gestioneze sistemul de fişiere; - să sesizeze erorile care apar în timpul execuţiei unei aplicaţii şi să le trateze în mod adecvat; - să asigure interfaţa cu utilizatorul; - să asiste personalul de programare şi cel de întreţinere (prin decuplarea logică a echipamentelor defecte).  II.1. Tipuri de sisteme de operare În funcţie de numărul de programe care pot fi gestionate de către procesor la un moment dat, sistemele de operare se clasifică în: ▪ sisteme de operare monotasking – permit execuţia unui singur program la un moment dat; ▪ multitasking – permit execuţia simultană a mai multor programe. În funcţie de numărul de utilizatori care pot fi conectaţi la un calculator există: ▪ sisteme de operare monoutilizator – la un moment dat poate lucra un singur utilizator; ▪ sisteme de operare multiutilizator – la un moment dat pot lucra mai mulţi utilizatori care pot avea acces la programele şi la datele din sistem. În funcţie de tipul de aplicaţii pentru care au fost concepute, sistemele de operare se clasifică în: - Sisteme de operare în timp real. La aceste sisteme de operare, intervalul de timp de la lansarea in execuţie a unei lucrări şi până la furnizarea răspunsului trebuie să fie foarte mic. Sunt utile în aplicaţii în care procesele din mediul extern sunt conduse cu ajutorul calculatorului. - Sisteme de operare pentru reţele de calculatoare. Acestea asigură gestionarea unei reţele de calculatoare, realizând legătura dintre staţiile de lucru şi server. Ele sunt alcătuite din două grupuri de programe: grupul de programe de pe server şi grupul de programe de pe staţiile de lucru. Fiecare grup de programe poate să gestioneze un singur procesor, procesorul de pe calculatorul pe care au fost implementate. - Sisteme de operare distribuite. Aceste sisteme de operare permit gestionarea mai multor utilizatori, fiecare utilizator folosind propriul său calculator. Sistemul de operare poate gestiona mai multe procese, deoarece, la un moment dat, fiecare utilizator poate să ruleze un program pe calculatorul lui. II.2. Sistemul de operare Windows Sistemul de operare Window 95 a fost lansat oficial pe 24 august 1995 şi a avut un puternic impact în rândul utilizatorilor de calculatoare personale. Windows 95 nu este un sistem de operare revoluţionar, aşa cum afirmă reprezentanţii firmei Microsoft. Arhitectura sistemului nu este nouă şi aplicaţiile apelează încă funcţii ale sistemului de operare MS-DOS1. Principalele caracteristici ale sistemului de operare Windows 95 sunt următoarele: - oferă o interfaţă grafică atractivă şi uşor de utilizat; - include facilităţi multitasking; - oferă facilităţi Plug and Play2, incluzând numeroase drivere3 pentru dispozitivele periferice; - permite o configurare facilă a sistemului; - oferă facilităţi de lucru în reţea. II.2.1. Elemente de interfaţă Windows Prin interfaţă grafică înţelegem un set de programe care permite utilizatorului să comunice cu calculatorul prin intermediul unor elemente grafice. Sistemul de operare Windows are o interfaţă grafică atractivă, proiectată pentru a putea fi utilizată cu uşurinţă. Suprafaţa ecranului este numită desktop (suprafaţă de lucru). Pe desktop sunt plasate icon-uri (pictograme) care reprezintă programe sau fişiere de diferite tipuri precum şi bara aplicaţiilor lansate în execuţie (bara de task-uri sau TaskBar). În partea stângă a barei de task- uri este plasat butonul Start, după care este plasat câte un buton pentru fiecare aplicaţie care este lansată în execuţie. O interfaţă grafică necesită utilizarea unui mouse. Deşi putem utiliza şi tastatura, folosirea mouse-ului este mai rapidă şi mai intuitivă. Principalele acţiuni pe care le poate realiza un mouse sunt: - click – apăsarea butonului stâng o singură dată; - dublu click – apăsarea butonului stâng de două ori; - drag-and-drop (tragere) – ţinând unul dintre butoanele mouse-ului apăsat, se deplasează mouse-ul din poziţia curentă în altă poziţie, apoi se eliberează butonul. Principalul element de interfaţă în acest sistem de operare este fereastra. Din punct de vedere funcţional avem mai multe tipuri de ferestre: 1 MS-DOS este un sistem de operare creat de firma Microsoft în anul 1981. MS-DOS este un sistem de operare monoutilizator şi monotasking. Comunicarea dintre utilizator şi calculator se realizează prin linii de comandă introduse de la tastatură. 2 Plug and Play (PnP) este un concept care constă în posibilitatea de instalare automată, fără intervenţia utilizatorului a componentelor hardware. 3 Driver este un program de interfaţă care face posibilă comunicarea dintre sistemul de operate şi un dispozitiv periferic. Fiecare dispozitiv periferic are propriul său driver.  - Ferestrele de aplicaţie corespund unei aplicaţii în curs de execuţie. Elementele unei ferestre de aplicaţie sunt prezentate în figura următoare. Buton de Buton de maximizare/restaurare Bara de titlu minimizare Buton de Meniul închidere System Bara de meniu Bara de butoane Butoane de Figura 2. defilare Elementele unei ferestre de Bare de aplicaţie defilare - Ferestrele grup de aplicaţii conţin icon-urile asociate aplicaţiilor din grupul respectiv. - Un exemplu este aplicaţia My Computer. Figura 3. Fereastra grupului de aplicaţii My Computer - Ferestrele de lucru sunt ferestre de nivel secundar, care se deschid în interiorul unei ferestre de aplicaţie şi corespund unei aplicaţii care permite lucrul cu mai multe documente. Un exemplu este dat de ferestrele care corespund documentelor deschise în cadrul aplicaţiei Microsoft Word. - Ferestre de dialog apar pe ecran atunci când a fost lansată o comandă şi este necesară specificarea unor parametri sau a unor opţiuni necesare executării comenzii respective. Mesajele de avertizare transmise utilizatorului apar tot în ferestre dialog.  Butoane de validare Butoane inactive radio Câmp numeric Câmp text Buton de validare Butoane de comandă Liste Figura 4. Elemente de interfaţă specifice ferestrelor de dialog Icon-urile sau pictogramele sunt simboluri grafice care pot fi asociate unor aplicaţii sau unor grupuri de aplicaţii. Icon-urile asociate unor aplicaţii permit lansarea rapidă în execuţie a aplicaţiilor respective, printr-un dublu-click pe icon. Icon-urile asociate grupurilor de aplicaţii (icon-uri de tip folder) permit o mai bună organizare a aplicaţiilor. Un meniu este o listă de comenzi. Fiecare aplicaţie Windows are un meniu specific prin care putem realiza diverse aplicaţii în cadrul aplicaţiei respective. Meniul Start este meniul care apare prin acţionarea butonul Start aflat în partea stângă a barei de task-uri, sau prin combinaţia de taste CTRL+Esc. Sistemul de operare Windows plasează fiecare dintre programele existente într-un submeniu al meniului Start, numit Programs sau All Programs. II.2.2. Gestionarea fişierelor în sistemul de operare Windows Un fişier este o colecţie de date de acelaşi tip. Pentru a putea fi identificat, un fişier trebuie să aibă un nume şi o extensie (care indică tipul fişierului). Sistemul de operare Windows acceptă nume de fişiere de maxim 255 de caractere, fiind permisă şi utilizarea caracterului spaţiu. În numele unui fişier sunt interzise simbolurile: /\:?*”|. Extensia este separată de numele fişierului prin caracterul „.” şi poate avea maxim 3 caractere. Exemple: curs.doc - document Microsoft Word; versuri.txt - fişier text. Un hard-disk poate conţine sute sau chiar mii de fişiere. Pentru a le putea regăsi cu uşurinţă ele trebuie grupate în directoare (sau folder-e). Un folder poate conţine mai multe fişiere şi, eventual, alte folder-e. Se obţine în acest fel o structură de tip arbore.  Observăm că pentru a specifica un fişier nu este de ajuns să îi cunoaştem numai numele şi extensia, ci trebuie să indicăm calea către fişierul respectiv. În cale două folder-e consecutive sunt separate de caracterul „\”. Exemplu: c:\studenti\postuniv\iac\curs.doc În Windows 95, aplicaţia My Computer oferă facilităţi pentru gestionarea resurselor calculatorului. După lansarea în execuţie a acestei aplicaţii, se va deschide o fereastră care va conţine pictograme pentru toate unităţile de disc existente în calculator, folder-ul pentru aplicaţii de configurare a sistemului de calcul Control Panel şi, eventual, pictograma aplicaţiei Printers (pentru configurarea imprimantelor) şi pictograma aplicaţiei Dial-Up Networking (pentru conectarea prin linie telefonică la calculator, cu ajutorul unui modem). Modul de vizualizarea a informaţiilor depinde de opţiunile din meniul View. Permite sau inhibă vizualizarea barei de butoane Permite sau inhibă vizualizarea barei de stare Stabilesc modul de vizualizare a informaţiilor din fereastră Ordonează elementele din fereastră după anumite criterii (nume, tip, dimensiune) Stabileşte ce informaţii vor fi afişate pentru un element Figura 5. Opţiunile meniului View Opţiunile din meniul File depind de elementul selectat. În cazul în care este selectat icon-ul unei unităţi de hard-disk meniul poate arăta ca în figura următoare. Deschide în fereastră conţinutul folder-ului Explorare cu aplicaţia Windows Explorer Căutare a unui fişier sau a unui folder Acordarea drepturilor de acces Arhivare Antivirus Formatare Crearea unui icon de tip Shortcut Redenumire Vizualizarea proprietăţilor Închiderea ferestrei aplicaţiei Figura 6. Opţiunile meniului File  Meniul Edit conţine opţiuni care permit copierea sau mutarea fişierelor prin sistemul Copy/Cut+Paste. Anulează efectul ultimei comenzi Mută elementul selectat în ClipBoard (o memorie specială) Copiază elementul selectat în ClipBoard Copiază în poziţia curentă conţinutul din ClipBoard Inserează în fereastra activă un Shortcut către elementul din ClipBoard Copiază într-un folder Mută într-un folder Selectează toate elementele ferestrei active Inversează selecţia: elementele care nu au fost selectate devin selectate şi invers Figura 7. Opţiunile meniului Edit Ştergerea fişierelor În sistemul de operare Windows fişierele şterse sunt mutate într-un folder special numit Recycle Bin. Putem lansa aplicaţia Recycle Bin printr-un dublu-click pe folder-ul aplicaţiei de pe desktop, iar în fereastra aplicaţiei putem vizualiza fişierele care au fost şterse. Meniul File al aplicaţiei Recycle Bin oferă posibilitatea de a recupera fişierele şterse din greşeală. Opţiunea Restore recuperează fişierele selectate. Opţiunea Empty Recycle Bin şterge definitiv toate fişierele din Recycle Bin. Opţiunea Delete şterge definitiv fişierele selectate. Opţiunea Properties vizualizează proprietăţile fişierului selectat. Căutarea fişierelor se realizează cu ajutorul comenzii Find sau Search din meniul Start. Această aplicaţie permite căutarea unui fişier, sau a unui grup de fişiere după nume, după data ultimei modificări, după tip, după dimensiune sau după secvenţă de text conţinută în fişier.  III. Rețele de calculatoare Transmisia datelor în reţelele de calculatoare O reţea de calculatoare este alcătuită dintr-un ansamblu de echipamente interconectate între ele prin intermediul unor echipamente de reţea, cu scopul transmisiei de date şi partajării resurselor. O reţea poate partaja diverse tipuri de resurse: Servicii – cum ar fi imprimarea sau scanare; Spaţii de stocare pe suporturi externe – cum ar fi hard-diskurile; Aplicaţii – cum ar fi bazele de date Echipamentele interconectate pot fi sisteme de calcul (desktop sau laptop) sau echipamente periferice (imprimante, scannere etc) Conectivitatea este asigurată de echipamente de reţea (hub-uri, switch-uri, rutere, puncte de acces wireless) Transmisia datelor se realizează prin medii de transmisie care pot fi: - Conductoare de cupru – pentru transmisia datelor sub formă de semnale electrice; - Fibră optică – din fibre de sticlă sau materiale plastice – pentru a transporta datele sub formă de impulsuri luminoase; - Medii de transmisie a datelor fără fir – transmit datele sub formă de unde radio, microunde, raze infraroşii sau raze laser - în cadrul conexiunilor fără fir (wireless); - În timpul transmisiei de la un calculator sursă la un calculator destinaţie, datele suferă o serie de modificări: o Înainte de a fi transmise în reţea, datele sunt transformate în flux de caractere alfanumerice, apoi sunt împărţite în segmente, care sunt mai uşor de manevrat şi permit mai multor utilizatori să transmită simultan date în reţea; o Fiecărui segment i se ataşează apoi un antet (header), care conţine o serie de informaţii suplimentare cum ar fi: ▪ un semnal de atenţionare, care indică faptul că se transmite un pachet de date; ▪ adresa IP a calculatorului-sursă; ▪ adresa IP a calculatorului-destinaţie; ▪ informaţii de ceas pentru sincronizarea transmisiei) şi un postambul care este de obicei o componentă de verificare a erorilor (CRC). Segmentul, astfel modificat se numeşte pachet, pachet IP sau datagramă; Fiecărui pachet i se ataşează apoi un al doilea antet care conţine adresele MAC ale calculatorului-sursă, respectiv ale calculatorului-destinaţie. Pachetul se transformă astfel în cadru (frame); Cadrele circulă prin mediul de transmisie sub formă de şiruri de biţi. Există mai multe tipuri de cadre, în funcţie de standardele folosite la descrierea lor (cadru Ethernet, cadru FDDI, etc.). Odată ajunse la calculatorul-destinaţie, şirurile de biţi suferă procesul invers de transformare. Li se detaşează antetele, segmentele sunt apoi reasamblate, li se verifică integritatea şi numărul, apoi sunt aduse la o formă care poate fi citită de utilizator. Procesul de împachetare a datelor se numeşte încapsulare, iar procesul invers, de detaşare a informaţiilor suplimentare se numeşte decapsulare. Trebuie menţionat că în timpul încapsulării, datele propriu-zise rămân intacte Sunt definite două tehnologii de transmisie a datelor: transmisia prin difuzare (broadcast) şi transmisia punct-la-punct. Transmisia prin difuzare utilizează de cele mai multe ori un singur canal de comunicaţie care este partajat de toate staţiile din reţea. Orice staţie poate trimite pachete, care sunt primite de toate celelalte staţii, operaţiunea numindu-se difuzare. Staţiile prelucrează numai pachetele care le sunt adresate şi le ignoră pe toate celelalte. În unele reţele cu difuzare este posibilă transmisia simultană de pachete către mai multe staţii conectate la reţea, operaţiune ce poartă numele de trimitere multiplă. Această tehnică se utilizează cu precădere în reţelele de mici dimensiuni, localizate în aceeaşi arie geografică. Transmisia punct-la-punct se bazează pe conexiuni pereche între staţii, cu scopul transmiterii de pachete. Pentru a parcurge traseul de la o sursă la destinaţie intr-o reţea de acest tip, un pachet va „călatori” prin una sau mai multe maşini intermediare. Pot exista mai multe trasee între o sursă şi o destinaţie motiv pentru care în aceste situaţii este necesara implementarea unor algoritmi specializaţi de dirijare. Tehnica punct-la-punct este caracteristică reţelelor mari Cantitatea de informaţie care poate fi transmisă în unitatea de timp este exprimată de o mărime numită lăţime de bandă (bandwidth), şi se măsoară în biţi pe secundă (bps). Adeseori în aprecierea lăţimii de bandă se folosesc multiplii cum ar fi: Kbps – kilobiţi pe secundă; Mbps – kilobiţi pe secundă; O reţea suportă trei moduri de transmisie a datelor: simplex, half-duplex şi full- duplex: Simplex- întâlnit şi sub numele de transmisie unidirecţională, constă în transmisia datelor într-un singur sens. Cel mai popular exemplu de transmisie simplex este transmisia semnalului de la un emiţător (staţia TV ) către un receptor(televizor); Half-duplex – constă în transmiterea datelor în ambele direcţii alternativ. Datele circulă în acest caz pe rând într-o anumită direcţie. Un exemplu de transmisie half- duplex este transmisia datelor între staţiile radio de emisie-recepţie. Sistemele sunt formate din două sau mai multe staţii de emisie-recepţie dintre care una singură joacă rol de emiţător, în timp ce celelalte joacă rol de receptor; Full-duplex – constă în transmisia datelor simultan în ambele sensuri. Lăţimea de bandă este măsurată numai într-o singură direcţie (un cablu de reţea care funcţionează în full- duplex la o viteză de 100 Mbps are o lăţime de bandă de 100 Mbps). Un exemplu de transmisie full-duplex este conversaţia telefonică. Tipuri de reţele Reţele de tip LAN, WAN şi WLAN O clasificare a reţelelor după criteriul răspândirii pe arii geografice, al modului de administrare si al mediului de transmisie a datelor ar evidenţia, printre altele , următoarele trei tipuri de reţele: reţele locale de calculatoare (LAN – Local Area Network); reţele de întindere mare (WAN – Wide Area Network); reţele fără fir (WLAN – Wireless Local Area Network). Reţele LAN Reţeaua locală de calculatoare este o reţea de echipamente interconectate răspândite pe o suprafaţă de mici dimensiuni (încăpere, clădire, grup de clădiri apropiate). Conceptul de LAN face referire la o reţea de calculatoare interconectate şi supuse aceloraşi politici de securitate şi control a accesului la date, chiar dacă acestea sunt amplasate în locuri diferite (clădiri sau chiar zone geografice). În acest context, conceptul de local se referă mai degrabă la controlul local decât la apropierea fizică între echipamente. Transmisia datelor în reţelele LAN tradiţionale se face prin conductoare de cupru. Reţele WAN O reţea de întindere mare este alcătuită din mai multe reţele locale (LAN-uri) aflate în zone geografice diferite. Reţelele de întindere mare acoperă arii geografice extinse, o reţea WAN se poate întinde la nivel naţional sau internaţional. În mod specific în aceste reţele calculatoarele se numesc gazde (host), termen care se extinde şi la reţelele LAN care fac parte din acestea. Gazdele sunt conectare printr-o subreţea de comunicaţie care are sarcina de a transporta mesajele de la o gazdă la alta. Subreţeaua este formată din două componente distincte: liniile de transmisie şi elementele de comutare. Elementele de comutare, numite generic noduri de comutare, sunt echipamente specializate, folosite pentru a interconecta două sau mai multe linii de transmisie. Unele reţele WAN aparţin unor organizaţii a căror activitate se desfăşoară pe o arie largă şi sunt private. Cel mai popular exemplu de reţea WAN este Internetul, care este format din milioane de LAN-uri interconectate cu sprijinul furnizorilor de servicii de comunicaţii (TSP- Telecommunications Service Providers). Reţele WLAN Sunt reţele locale care transmisia datelor se face prin medii fără fir. Într-un WLAN, staţiile, care pot fi echipamente mobile – laptop – sau fixe – desktop - se conectează la echipamente specifice numite puncte de acces. Staţiile sunt dotate cu plăci de reţea wireless. Punctele de acces, de regulă routere, transmit şi recepţionează semnale radio către şi dinspre dispozitivele wireless ale staţiilor conectate la reţea. Punctele de acces se conectează de obicei la reţeaua WAN folosind conductoare de cupru. Calculatoarele care fac parte din WLAN trebuie să se găsească în raza de acţiune a acestor puncte de acces, care variază de la valori de maxim 30 m în interior la valori mult mai mari în exterior, în funcţie de tehnologia utilizată. Primele transmisii de date experimentale în reţele reţele wireless au avut loc în anii 70 si au folosit ca agent de transmisie a datelor in reţea undele radio sau razele infraroşii. Între timp, tehnologia a evoluat şi s-a extins până la nivelul utilizatorilor casnici.. În prezent există mai multe moduri de a capta datele din eter: Wi-Fi, Bluetooth, GPRS, 3G ş.a. Acestora li se adaugă o nouă tehnologie care poate capta datele de şapte ori mai repede şi de o mie de ori mai departe decât populara tehnologie Wireless Fidelity (Wi- Fi), numită WiMAX. În timp ce reţelele Wi-Fi simple au o rază de acţiune de aproximativ 30 m, WiMax utilizează o tehnologie de microunde radio care măreşte distanţa la aproximativ 50 km. Astfel, se pot construi reţele metropolitane WiMAX. Avantaje: Simplitate in instalare; Grad ridicat de mobilitate a echipamentelor – tehnologia s-a popularizat cu precădere pentru conectarea la reţea a echipamentelor mobile; Tehnologia poate fi utilizată în zone în care cablarea este dificil sau imposibil de realizat; Costul mai ridicat al echipamentelor wireless este nesemnificativ raportat la costul efectiv şi costul manoperei în cazul reţelelor cablate; Conectarea unui nou client la o reţea wireless nu implică folosirea unor echipamente suplimentare. Dezavantaje: Securitate scăzută; Raza de acţiune în cazul folosirii echipamentelor standart este de ordinul zecilor de metrii. Pentru extinderea ei sunt necesare echipamente suplimentare care cresc costul; Semnalele transmise sunt supuse unor fenomene de interferenţe care nu pot fi controlate de administratorul de reţea şi care afectează stabilitatea şi fiabilitatea reţelei– motiv pentru care serverele sunt rareori conectate wireless; Lăţimea de bandă mică (1-108 Mbit/s) în comparaţie cu cazul reţelelor cablate (până la câţiva Gbit/s); Reţele peer-to-peer (P2P) şi reţele client-server Într-o reţea de calculatoare comunicarea are loc între două entităţi: clientul care emite o cerere prin care solicită o anumită informaţie şi serverul care primeste cererea, o prelucreaza iar apoi trimite clientului informatia solicitată. Dacă ar fi să clasificăm reţelele după ierarhia pe care o au într-o reţea echipamentele conectate, ar trebui să facem referire la două tipuri de reţele: reţele de tip peer-to-peer şi reţele de tip client-server. Reţele peer-to-peer Într-o reţea peer-to-peer, toate calculatoarele sunt considerate egale (peers), fiecare calculator îndeplineşte simultan şi rolul de client şi rolul de server, neexistînd un administrator responsabil pentru întreaga reţea. Un exemplu de serviciu care poate fi oferit de acest tip de reţele este partajarea fişierelor. Acest tip de reţele sunt o alegere bună pentru mediile în care: există cel mult 10 utilizatori, utilizatorii se află într-o zonă restrânsă, securitatea nu este o problemă esenţială, organizaţia şi reţeaua nu au o creştere previzibilă în viitorul apropiat: Neajunsuri ale reţelelor peer-to-peer sunt următoarele: Nu pot fi administrate centralizat; Nu poate fi asigurată o securitate centralizată, ceea ce înseamnă că fiecare calculator trebuie să folosească măsuri proprii de securitate a datelor; Datele nu pot fi stocate centralizat, trebuie menţinute backup-uri separate ale datelor, iar responsabilitatea cade în sarcina utilizatorilor individuali; Administrarea reţelelor peer-to-peer este cu atât mai complicată cu cât numărul calculatoarelor interconectate este mai mare. Reţele client-server Reţele client-server, în care un calculator îndeplineşte rolul de server, în timp ce toate celelalte îndeplinesc rolul de client. De regulă, serverele sunt specializate (servere dedicate) în efectuarea diferitelor procesări pentru sistemele-client, cum ar fi: Servere de fişiere şi imprimare – oferă suport sigur pentru toate datele şi gestionează tipărirea la imprimantele partajate în reţea pot fi administrate centralizat; Servere web – găzduiesc pagini web; Servere pentru aplicaţii – cum ar fi serverele pentru baze de date; Servere de mail – gestionează mesaje electronice; Servere pentru gestiunea securităţii – asigură securitatea unei reţele locale când aceasta este conectată la o reţea de tipul Internetului – exemple: firewall, proxy- server; Servere pentru comunicaţii – asigură schimbul de informaţii între reţea şi clienţii din afara acesteia. Reţelele client-server se folosesc cu precădere pentru comunicarea de date în reţea, marea majoritate a aplicaţiilor software dezvoltate au la bază acest model. Printre avantajele reţelelor de tip client-server se numără: - administrarea centralizată, administratorul de reţea fiind cel asigură back- up-urile de date ervere de fişiere şi imprimare – oferă suport sigur pentru toate datele şi gestionează tipărirea la imprimantele partajate în reţea pot fi administrate centralizat; - implementarea măsurile de securitate şi controlul accesul utilizatorilor la resurse; - funcţionarea cu sisteme-client de capabilităţi diverse;  - securitate ridicată a datelor; - controlul accesului exclusiv la resurse a clientilor autorizaţi; - întretinere usoară. Reţelele hibride – sunt o combinaţie a modelului client-server cu modelul peer-to- peer. Staţiile (peers) depozitează resursele partajate iar serverul păstrează informaţii în legătură cu staţiile ( adresa lor, lista resurselor deţinute de acestea) şi răspunde la cererea de astfel de informaţii. Un exemplu de serviciu oferit de o astfel de reţea este descărcarea de fişiere de pe site- urile torrent. Topologii de reţele de calculatoare Topologia este un termen care desemnează maniera de proiectare a unei reţele. Există două tipuri de topologii: topologia fizică şi topologia logică: Topologia logică Topologia logică descrie metoda folosită pentru transferul informaţiilor de la un calculator la altul. Cele mai comune două tipuri de topologii logice sunt broadcast şi pasarea jetonului (token passing) Într-o topologie broadcast, o staţie poate trimite pachete de date în reţea atunci când reţeaua este liberă (prin ea nu circulă alte pachete de date). În caz contrar, staţia care doreşte să transmită aşteaptă până reţeaua devine liberă. Dacă mai multe staţii încep să emită simultan pachete de date în reţea, apare fenomenul de coliziune. După apariţia coliziunii, fiecare staţie aşteaptă un timp(de durată aleatoare), după care începe din nou să trimită pachete de date. Numărul coliziunilor într-o reţea creşte substanţial odată cu numărul de staţii de lucru din reţeaua respectivă, şi conduce la încetinirea proceselor de transmisie a datelor în reţea, iar dacă traficul depăşeşte 60% din lăţimea de bandă, reţeaua este supraîncărcată şi poate intra în colaps. Pasarea jetonului controlează accesul la reţea prin pasarea unui jeton digital secvenţial de la o staţie la alta. Când o staţie primeşte jetonul, poate trimite date în reţea. Dacă staţia nu are date de trimis, pasează mai departe jetonul următoarei staţii şi procesul se repetă. Topologia fizică Topologia fizică defineşte modul în care calculatoarele, imprimantele şi celelalte echipamente se conectează la reţea. Topologii fizice fundamentale sunt: magistrală, inel, stea, plasă (mesh), arbore. Topologia magistrală Foloseşte un cablu de conexiune principal, la care sunt conectate toate calculatoarele.  Topologia magistrală Cablul principal are la capete instalate capace (terminatoare) care previn fenomenul de reflexie a semnalelor, fenomen care poate genera erori în transmisia datelor. Topologia magistrală are avantajul consumului redus de cablu si al conectării facile a calculatoarelor. În schimb, identificarea defectelor de reţea este dificilă, dacă apar întreruperi în cablu, reţeaua nu mai funcţionează şi este nevoie de terminatori la ambele capete ale cablului. Această topologie nu este practică decât pentru cele mai mici reţele peer-to-peer ieftine, care asigură o conectivitate elementară. Aceste produse sunt destinate utilizării casnice şi în birourile mici, însă o excepţie al modului de transmitere de informaţii al acestui tip de topologie îl reprezintă standardul IEEE 802.4 Token Bus LAN, care îi oferea utilizatorului un grad înalt de control în determinarea perioadei maxime în care poate fi transmis un cadru de date. Topologia inel Într-o topologie inel (ring), fiecare dispozitiv este conectat la următorul, de la primul până la ultimul, ca într-un lanţ. A început ca simplă topologie peer-to-peer. Fiecare staţie de lucru din reţea avea două conexiuni: câteuna cu fiecare dintre vecinii cei mai apropiaţi. Interconectarea trebuia să formeze un cerc, sau inel (ring), prin care datele erau transmise unidirecţional. Fiecare staţie de lucru avea rolul de repetor, acceptând şi răspunzând pachetelor de date care îi erau adresate şi transmiţând celelalte pachete staţiei următoare din inel. Topologie de tip inel  Topologia inel iniţială avea între staţiile de lucru conexiuni peer-to-peer, ce trebuiau să fie închise, adică să formeze un inel. Avantajul acestor reţele LAN era că timpul de răspuns era destul de previzibil. Cu cât erau mai multe dispozitive în inel, cu atât creşteau întârzierile reţelei. Dezavantajul era că, la început, reţelele în inel puteau fi complet dezactivate dacă una dintre staţiile de lucru se defecta. Aceste inele primitive au fost depaşite odată cu apariţia sistemului Token Ring al firmei IBM, care a fost standardizat prin specificaţia 802.5 a standardului IEEE. Acest sistem utilizează o sevenţă de biţi specială, cunoscută ca jeton (token), pentru a controla accesul la mediul de transmisie. Un jeton conţine câmpurile de delimitare a începuturilor de cadru, de control al accesului şi de delimitare a sfârşitului şi are rolul de a trece într-o sevenţă circulară pe la toate punctele de capăt din reţea. Token Ring a deviat de la interconectarea peer-to-peer în favoarea unui concentrator repetor (hub), ceea ce a eliminat vulnerabilitatea reţelelor în inel la căderea staţiilor, prin eliminarea construcţiei peer-to-peer în inel. În ciuda numelui, reţelele Token Ring sunt implementate cu o topologie în stea şi o metodă circulară de acces. Topologia stea Are un punct de conectare central, care este de obicei un echipament de reţea, precum un hub, switch sau router. Topologie de tip stea Fiecare staţie din reţea se conectează la punctul central prin câte un segment de cablu, fapt care conferă acestei toplogii avantajul că se depanează uşor. Dacă un segment de cablu se defectează, acest defect afectează numai calculatorul la care este conectat, celelalte staţii rămânând operaţionale. Topologia stea are dezavantajul costului ridicat şi al consumului ridicat de cablu. În plus, dacă un hub se defectează, toate echipamentele din acel nod devin nefuncţionale. În schimb, calculatoarele se conectează uşor, reţeaua nu este afectată dacă sunt adăugate sau deconectate calculatoare şi detectarea defectelor este simplă. Topologia plasă (mesh) Într-o topologie mesh, fiecare echipament are conexiune directă cu toate celelalte. Dacă unul din cabluri este defect, acest defect nu afectează toată reţeaua ci doar conexiunea dintre cele două staţii pe care le conectează. Altfel spus, dacă o parte a infrastructurii de comunicaţie sau a nodurilor devine nefuncţională, se găseşte oricând o noua cale de comunicare. Topologia plasă se foloseşte în cadrul reţelelor WAN care interconectează LAN- uri. În plus, datorita fiabilităţii ridicate aceste topologii sunt exploatate in cazul aplicaţiilor spaţiale, militare sau medicale unde întreruperea comunicaţiei este inacceptabilă. Topologia arbore (tree) Combină caracteristicile topologiilor magistrală şi stea. Nodurile sunt grupate în mai multe topologii stea, care, la rândul lor, sunt legate la un cablu central. Topologia arbore prezintă dezavantajul limitării lungimii maxime a unui segment. În plus, dacă apar probleme pe conexiunea principală sunt afectate toate calculatoarele de pe acel segment. Avantajul topologiei arbore constă în faptul că segmentele individuale au legături directe. În practică se întâlnesc de multe ori topologii compuse rezultate din combinarea topologiilor fundamentale, cum ar fi, spre exemplu este topologia magistrală-stea: mai multe reţele cu topologie stea sunt conectate la un cablu de conexiune principal.  Arhitecturile pentru LAN descriu atât topologiile fizice cât şi pe cele logice folosite într- o reţea Arhitectura Ethernet Ethernet este denumirea unei familii de tehnologii de reţele de calculatoare, bazate pe transmisia cadrelor (frames) şi utilizate la implementarea reţelelor locale de tip LAN. Ethernetul se defineşte printr-un şir de standarde pentru cablare şi semnalizare aparţinând primelor două nivele din Modelul de Referinţă OSI - nivelul fizic şi legătură de date. Numele ethernet provine de la cuvântul “eter” ilustrând faptul că mediul fizic (de exemplu cablurile) transportă biţi către toate staţiile de lucru într-un mod asemănător cu străvechiul “luminiferous ether", despre care se credea odată că este mediul prin care se propagă undele eletromagnetice Ethernetul a fost inventat pe baza ideii că pentru a lega computerele între ele astfel ca să formeze o reţea este nevoie de un mediu de transmisie central cum ar fi un cablu coaxial partajat. Conceptul şi implementarea Ethernetului s-au dezvoltat permanent, ajungându-se azi la tehnologiile de reţea complexe, care constituie fundamentul majorităţii LAN-urilor actuale. În loc de un mediu (cablu) central, tehnologiile moderne utilizează legături de tipul punct-la-punct, hub, switch (comutator), bridge (punte) şi repeater, bazate pe fire de cupru torsadate care reduc costurile instalării, măresc fiabilitatea şi înlesnesc managementul şi reparaţiile reţelei. Arhitectura Ethernet foloseşte: O topologie logică de tip broadcast şi o topologie fizică de tip magistrală sau stea. Vitezele de transfer standard sunt de 10 Mbps şi 100 Mbps, iar noile standarde specifice pentru arhitectura Gigabit Ethernet permit viteze de până la 1000 MbpsConductoare de cupru – pentru transmisia datelor sub formă de semnale electrice; Metoda de control a accesului CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision Detection = Acces multiplu cu detecţia purtătoarei şi coliziunii). Conform acestei metode, dacă o staţie din reţea doreşte să transmită date trebuie ca înainte să “asculte” mediul de transmisie, proces similar cu a aştepta tonul înainte de a forma un număr pe linia telefonică. Dacă nu detectează nici un alt semnal, atunci poată să trimită datele. Dacă nici una din celelalte staţii conectate la reţea nu transmite date în acel moment, datele transmise vor ajunge în siguranţă la calculatorul destinaţie, fără nici o problemă. Dacă, însă, în acelaşi moment cu primul calculator, şi alt calculator din reţea decide că mediul de transmisie este liber şi transmite datele în acelaşi moment cu primul, va avea loc o coliziune. Prima staţie din reţea care a depistat coliziunea, adică dublarea tensiunii pe mediul de transmisie, va transmite către toate staţile un semnal de jam, care le avertizează să oprească transmisia şi să execute un algoritm de încetare a comunicaţiei pentru un timp (backoff algorithm). Acest algoritm generează un timp aleator de una, două milisecunde sau chiar mai scurt, de circa o miime de secundă, interval de timp după care staţiile să reînceapă transmisia. Algoritmul este repetat ori de câte ori apare o coliziune în reţea  Cablu coaxial (la primele retele Ethernet) torsadat sau fibre optice ca mediu de transmisie a datelor. Cadrul Ethernet, ce constă dintr-un set standardizat de biţi utilizat la transportul datelor Informaţiile dintr-un asemena cadru sunt următoarele: - PRE - Preambulul constă într-o secvenţă alternantă de 1 şi 0 ce indică staţiilor receptoare sosirea unui cadru - START - Delimitatorul de start al cadrului - conţine o secvenţă alternantă de 1 şi 0 şi care se termină cu doi de 1 consecutivi, indicând faptul că următorul bit constituie începutul primului octet din adresa destinaţie ; - AD - Adresa destinaţie - identifică staţia ce trebuie să recepţioneze cadrul. - AS - Adresa sursă - adresa staţiei ce a emis cadrul ; - TIP/LUNGIME- indică numărul de biţi de date conţinuţi în câmpul de date al cadrului. - DATE - o secvenţă de date de maxim 1500 de octeţi. Dacă lungimea cadrului de date este inferioară valorii de 46 de octeţi, este nevoie să se completeze restul biţilor până se ajunge la valoarea minimă impusă de standard (tehnică cunoscută sub numele de padding) ; - CRC - semnalizează apariţia unor eventuale erori în cadrul de transmisie. Cu toate progresele făcute, formatul cadrelor nu s-a schimbat, astfel încât toate reţelele Ethernet pot fi interconectate fără probleme. Fiecare calculator echipat Ethernet poartă denumirea de staţie. Arhitectura Ethernet este o arhitectură populară deoarece oferă echilibru între viteză, preţ şi instalare facilă. Modelul OSI Elaborarea standardelor pentru reţele a devenit necesară datorită diversificării echipamentelor şi serviciilor, care a condus la apariţia de reţele eterogene din punctul de vedere al tipurilor de echipamente folosite. În plus, multitudinea de medii fizice de comunicaţie a contribuit la decizia de a defini reguli precise pentru interconectarea sistemelor. ISO a elaborat un model arhitectural de referinţă pentru interconectarea calculatoarelor, cunoscut sub denumirea de modelul arhitectural ISO-OSI (Open System Interconnection). OSI (Open System Interconnection) a fost emis in 1984 şi este un model în şapte straturi dezvoltat de ISO (International Standardization Organization) pentru descierea modului în care se pot combina diverse dispozitive pentru a comunica intre ele. Modelul nu precizează cum se construiesc straturile, dar insistă asupra serviciilor oferite de fiecare şi specifică modul de comunicare între ele prin intermediul interfeţelor. Fiecare producator poate construi straturile aşa cum doreşte, însă fiecare strat trebuie să furnizeze un anumit set de servicii. Proiectarea arhitecturii pe straturi determină extinderea sau îmbunătăţirea facilă a sistemului. De exemplu, schimbarea mediului de comunicaţie nu determină decât modificarea nivelului fizic, lăsând intacte celelalte straturi. Astfel, OSI a fost elaborat pentru a furniza producătorilor de echipamente de comunicaţie un set de standarde, respectarea cărora asigurând compatibilitatea şi interoperabilitatea între diverse tehnologii furnizate de firme diferite. Însuşi termenul de Open din denumire semnifică faptul că utilizarea standardelor este publică şi gratuită spre deosebire de sistemele «proprietary» a căror folosire trebuie licenţiată de firma care le-a produs şi distribuit. Structura modelului OSI Modelul OSI defineşte un cadru general pentru reţelele de calculatoare prin implementarea protocoalelor de reţea în şapte straturi. Modelul OSI împarte arhitectura retelei în şapte straturi (niveluri), construite unul deasupra altuia, adaugând funcţionalitate serviciilor oferite de nivelul inferior (mai exact un anumit set de funcţii Se consideră că OSI este cel mai bun mijloc prin care se poate face înţeles modul în care informaţia este trimisă şi primită. În concluzie, în modelul OSI sunt şapte straturi care fiecare au funcţii diferite în reţea, aceasta repartiţie purtând numele de stratificare (layering). Se pot enunţa câteva dintre avantajele folosirii OSI: - Descompunerea fenomenul de comunicare în reţea în părţi mai mici şi implicit mai simple; - Standardizarea componentelor unei reţele permiţând dezvoltarea independentă de un anumit producator; - Permite comunicarea între diferite tipuri de hardware şi software; - Permite o înţelegere mai uşoară a fenomenelor de comunicare. În cazul unui model architectural, un nivel nu defineşte un singur protocol—el defineşte o funcţie de comunicaţie a datelor ce va fi folosită de mai multe protocoale. Datorită faptului că fiecare nivel defineşte o anume funcţie, el poate conţine mai multe protocoale, fiecare dintre acestea oferind un serviciu potrivit cu respectiva funcţie a stratului. Ca şi între oameni, pentru a putea să comunice între ele, calculatoarele trebuie să vorbească aceeaşi limbă sau altfel spus să folosescă acelaşi protocol. Aşadar un protocol este un set de reguli pe care fiecare calculator trebuie să-l respecte pentru a comunica cu un alt calculator. În modelul OSI, la transferul datelor, se consideră că acestea traversează virtual de sus în jos straturilor modelului OSI al calculatorului sursă şi de jos în sus straturile modelului OSI al calculatorului destinaţie. Controlul este transferat de la un nivel la următorul, plecând de la nivelul aplicaţie într-unul din dispozitive spre nivelul de bază, cel fizic, de-a lungul canalului de comunicaţie către celălalt dispozitiv de reţea şi înapoi la nivelul aplicaţie în ierarhia pe nivele. La fiecare nivel, datele inter-schimbate în reţea (ce se numesc generic PDU – Protocol Data Unit) au o anumită structură (un anumit format) şi poartă o anumită denumire în funcţie de nivelul la care se regăsesc. Modelul OSI Stratul Descriere (Nivelul) Aplicaţie 7 Asigură interfaţa cu utilizatorul Prezentare 6 Codifică şi converteşte datele Sesiune 5 Construieşte, gestionează şi închide o conexiune între o aplicaţie locală şi una la distanţă Transport 4 Asigură transportul sigur şi menţine fluxul de date dintr-o reţea Reţea 3 Asigură adresarea logică şi domeniul de rutare Legătură de 2 Pachetele de date sunt transformate în octeţi şi octeţii în cadre. Asigură adresarea date fizică şi procedurile de acces la mediu Fizic 1 Mută şiruri de biţi între echipamente Defineşte specificaţiile electrice şi fizice ale echipamentelor Protocoalele cele mai utilizate utilizate sunt TCP si UDP. TCP, Transmision Control Protocol este un protocol bazat pe conexiune, în care pentru fiecare pachet transmis se aşteaptă o confirmare din partea echipamentului de destinaţie. Transmisia următorului pachet nu se realizează dacă nu se primeşte confirmarea pentru pachetul transmis anterior; UDP, User Datagram Protocol este folosit în situaţiile în care eficienţa şi viteza transmisiei sunt mai importante decât corectitudinea datelor, de exemplu în reţelele multimedia, unde pentru transmiterea către clienţi a informaţiilor de voce sau imagine este mai importantă viteza (pentru a reduce întreruperile în transmisie) decât calitatea. Este un protocol fără conexiuni, semnalarea erorilor sau reluărilor fiind asigurată de nivelul superior. Modelul TCP/IP Desi modelul OSI este universal recunoscut, standardul aplicat comunicării într-o reţea (sau între reţele) este TCP/IP, adică Transmission Control Protocol/Internet Protocol. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) este cel mai utilizat protocol folosit în reţelele locale cât şi pe Internet datorită disponibilităţii şi flexibilităţi lui având cel mai mare grad de corecţie al erorilor. TCP/IP permite comunicarea între calculatoarele din întreaga lume indiferent de sistemul de operare instalat. În anii 1960, guvernul SUA finanţează proiectarea şi dezvoltarea procotolului TCP/IP. Ministerul Apărării Naţionale al SUA dorea un protocol de reţea care să funcţioneze indiferent de condiţiile de pe reţea.  Atât timp cât conexiunea fizică între calculatoare este funcţională, trebuia să fie funcţională şi conexiunea logică, chiar dacă alte calculatoare din reţea se opresc brusc. Era nevoie de o arhitectură flexibilă, mergând de la transferul de fişiere până la transmiterea vorbirii în timp real. Datorita fiabilitatii sale a fost mai tarziu preluat de dezvoltatorii de UNIX si adus la un nivel care sa permita comunicarea in Internet. Crearea acestui protocol a rezolvat multe probleme dificile din acea vreme, astfel devenind modelul standard pe care Internetul se bazează. La început el a fost folosit pentru reţelele militare, apoi a fost furnizat şi agenţiilor guvernamentale, universităţilor ca la urmă să poată fi folosit de publicul larg. Deşi două dintre straturi au acelaşi nume ca la modelul OSI, nu trebuie confundate între ele pentru că fiecare nivel are funcţii total diferite pentru fiecare model în parte. Cele patru niveluri realizează funcţiile necesare pentru a pregăti datele înainte de a fi transmise pe reţea. Un mesaj porneşte de la nivelul superior (nivelul Aplicaţie) şi traversează de sus în jos cele patru niveluri până la nivelul inferior (nivelul Acces reţea). Informaţiile din header sunt adăugate la mesaj în timp de acesta parcurge fiecare nivel, apoi mesajul este transmis. După ce ajunge la destinaţie, mesajul traversează din nou, de data aceasta de jos în sus fiecare nivel al modelului TCP/IP. Informaţiile din header care au fost adăugate mesajului sunt înlăturate în timp ce acesta traversează nivelurile destinaţie. Poșta electronică Poşta electronică funcţionează pe baza unor protocoale de comunicaţie. În continuare se prezintă succint câteva din aceste protocoale punându-se accent pe SMTP. SMTP(Simple Mail transport Protocol) – Protocolul de transport simplu de e-mail – oferă servicii de transmitere de mesaje peste TCP/IP şi suportă majoritatea programelor de e-mail de pe Internet. SMTP este un protocol folosit pentru a transmite un mesaj electronic de la un client la un server de poştă electronică. După stabilirea conexiunii TCP la portul 25 (utilizat de SMTP), calculatorul-sursă (client) aşteaptă un semnal de la calculatorul- receptor (server). Serverul începe să emită semnale declarându-şi identitatea şi anunţând dacă este pregătit sau nu să primească mesajul. Dacă nu este pregătit, clientul părăseşte conexiunea şi încearcă din nou, mai târziu. Dacă serverul este pregătit să accepte mesajul, clientul anunţă care este expeditorul mesajului şi care este destinatarul. Dacă adresa destinatarului este validă, serverul dă permisiunea de transmitere a mesajului. Imediat clientul îl trimite, iar serverul îl primeşte. După ce mesajul a fost transmis, conexiunea se închide. Pentru ca un client al serviciului de poştă electronică să primească un mesaj de la serverul specializat în aceste tipuri de servicii, apelează fie la Post Office Protocol (POP) sau POP3, fie la Internet Message Access Protocol (IMAP).  Spre deosebire de POP (mai vechi) care presupune că utilizatorul îşi va goli cutia poştală pe calculatorul personal la fiecare conectare şi va lucra deconcectat de la reţea (off- line) după aceea, IMAP păstrează pe serverul de e-mail un depozit central de mesaje care poate fi accesat on-line de utilizator de pe orice calculator.  IV. Editoare de texte Prin tehnoredactare se înţelege pregătirea tehnică şi grafică a unui text înainte de a fi tipărit. Tehnoredactarea se poate face manual prin mijloace mecanice de prelucrare, sau se poate face folosind ca mijloc de prelucrare calculatorul, aceasta din urmă se numeşte tehnoredactare computerizată. Tehnoredactarea computerizată presupune existenţa a două componente: ▪ componente fizică – calculatorul ; ▪ componenta logică – programul cu ajutorul căruia se poate prelucra textul. Componenta logică, programul, se numeşte editor de texte şi trebuie să poată realiza următoarele sarcini: ▪ introducerea textului; ▪ alinierea automată a textului; ▪ stabilirea diferitelor tipuri de caractere si a dimensiunii acestora; ▪ aranjarea textului în pagină; ▪ tipărirea textului. Editoarele de texte performante pot realiza şi alte operaţii, cum ar fi: ▪ introducerea de imagini; ▪ editarea de ecuaţii, grafice, tabele; ▪ introducerea de anteturi şi subsoluri, etc. Fişierele create cu ajutorul unui editor de texte sunt denumite documente. Tipul documentelor este indicat de extensia fişierului şi depinde de editorul de texte utilizat. De exemplu, extensia.txt este caracteristică editorului de texte Notepad, extensia.doc corespunde editoarelor de texte WordPad şi Word. Pentru a obţine un document corespunzător, trebuie să respectăm nişte reguli şi să urmăm o serie de paşi. Mai întâi trebuie definit conţinutul documentului, după care urmează o schemă de aranjare în pagină, numită schemă de tehnoredactare. Aici se stabilesc: ▪ formatul paginii; ▪ dimensiunea paginilor; ▪ numerotarea paginilor;  ▪ tipurile de caractere folosite (font-uri); ▪ dimensiunea caracterelor; ▪ încadrarea imaginilor, etc. Un rând se citeşte mai uşor dacă nu este prea lung şi dacă nu are foarte multe font-uri şi dimensiuni diferite ale acestora (trebuie însă să ţinem cont şi de aspectul grafic). A doua etapă constă în introducerea textului. După ce textul a fost introdus, urmează etapa propriu-zisă de tehnoredactare. Tehnoredactarea se realizează pe trei niveluri: ▪ nivel document – se stabilesc caracteristici ale documentului: formatul paginii, anteturi şi subsoluri, margini; ▪ nivel paragraf (prin paragraf se înţelege textul cuprins între două apăsări ale tastei ENTER) – la acest nivel se stabilesc caracteristicile paragrafului: modul de aliniere a paragrafului (stânga, dreapta, centrat), deplasare spre interior fată de marginea paginii (indentare), spaţieri înainte sau după paragraf, distanţa dintre rânduri, încadrarea în chenar, umbrire, aranjarea în coloane, etc.; ▪ nivel caracter – la acest nivel se lucrează asupra caracterelor, putându-se stabili: font- ul, dimensiunea caracterului, sublinieri, îngroşări, înclinare, indici, spaţiul dintre caractere, efecte, introducerea unor caractere speciale (săgeţi, semne matematice, etc.). În etapa de tehnoredactare există şi operaţii care nu aparţin nici unuia dintre cele trei niveluri (realizarea cuprinsului, introducerea de imagini, etc.). Aceste operaţii se realizează, de obicei după ce s-a realizat formatarea la cele trei niveluri, dar acest lucru nu este obligatoriu. După terminarea tehnoredactării urmează operaţia de tipărire. După imprimare se realizează corectarea documentului tipărit, realizându-se: ▪ corecturi tehnice: greşeli gramaticale, etc.; ▪ corecturi artistice: rearanjări în pagină, retuşuri de tehnoredactare. Se corectează apoi şi fişierul din calculator. Listarea şi corectarea documentului se va realiza până când acesta ajunge la forma dorită.  V. Programe de calcul tabelar Un program de calcul tabelar („spreadsheet”) reprezintă un tip special de software, folosit pentru organizarea si analiza datelor afișate sub forma unor tabele de dimensiuni mari, in care putem scrie atât text, cât şi (mai ales) numere. Programele de calcul tabelar au fost create ca simulări computerizate ale foilor de lucru din contabilitate, unde datele erau scrise pe hârtie. Programul Microsoft Excel, parte a pachetului Microsoft Office, este o aplicație de tip spreadsheet cerată de firma Microsoft pentru sistemele de operare Windows şi Mac OS X. Dispune de instrumente avansate pentru efectuarea de calcule și pentru realizarea de grafice sau de tabele pivot, precum si de alte caracteristici necesare prelucrării eficiente a unor cantități mari de date; el reprezintă, de asemenea, "standardul industrial" pentru programele de calcul tabelar. La lansare, programul va crea si va deschide un fisier nou (“workbook”), care contine pagini de lucru (“worksheets”).