CALCULATOARELE SI PRELUCRAREA INFORMATIEI

 

1. Introducere 46218ijg89erh3s

Informatica, abordata din perspectiva unei stiinte, s-a dezvoltat odata cu primele calculatoare electronice. Termenul de informatica i-a fost atribuit de Academia Franceza (1966), care a definit-o ca “ansamblul teoriilor si tehnicilor concepute in scopul prelucrarii automate a datelor”. Inaintea acestui termen a aparut si este inca folosit termenul de stiinta calculatoarelor (computer science), iar in prezent se vehiculeaza termeni ca: tehnologia informatiei (Information Technology), birotica, informatica economica, informatica medicala, informatica industriala, ce reflecta, eventual, etape in dezvoltarea informaticii.

Informatica, prin masinile de culegere, stocare, prelucrare si transmitere a informatiei, prin combinarea tot mai puternica cu comunicatiile, a devenit un instrument universal, de larg consum, utilizat in aproape toate activitatile umane, care a patruns in casa omului, in familia acestuia. In acest proces, calculatorul, (hardware - componenta constructiva) prin complexitatea sa si prin interfata cu utilizatorul (software - programele), a ridicat gradul de cultura si de civilizatie, iar elementul fundamental al informaticii: informatia a devenit avutie nationala a unei tari. Numarul de calculatoare pe cap de locuitor a devenit un instrument utilizat in evaluarea nivelului de dezvoltare a unei tari (in Romania se apreciaza ca exista > 250000 de calculatoare, aceasta inseamna aprox. 1 calculator la 100 locuitori; exista tari cu 1 calculator la 5-8 locuitori).

Impactul informaticii asupra societatii, atat sub aspectul progresului cat si al consecintelor negative asupra individului care sta foarte mult in fata calculatorului, a fost mult dezbatut. In 1996, cand s-au implinit 25 de ani de la aparitie primului microprocesor (computer on a cip), Intel 4004, multe studii de analiza au pus in evidenta impactul acestuia si a programului informatic asupra urmaririi oricarei activitati umane, analiza oricarui proces, controlul oricarui mecanism. Microprocesoarele au devenit in asa masura parte a vietii noastre, incat adevarata provocare a ajuns sa fie gasirea unor aparate uzuale, care sa fie controlate intr-un fel sau altul de calculator. Vom prezenta cateva exemple edificatoare, unde impactul informaticii asupra societatii este un fapt indiscutabil, ce defineste sec. XX mai bine decat orice alta descoperire:

Tomografia computerizata: zilnic tomografele computerizate din spitale, prin ilustrarea in spatiul 3D a corpului omenesc, salveaza vieti. O statie de lucru, cu un singur microprocesor, permite manipularea in timp real a imaginilor 3D, fapt ce ajuta medicul in evaluarea starii unor organe afectate de boala. Informatica, prin progresele realizate in domeniul sau, contribuie la reducerea costurilor si dimensiunilor tomografelor computerizate, ce devin astfel disponibile in multe zone. jr218i6489errh

Biologia moleculara: datorita matematicii si informaticii, in ultimii ani s-au facut pasi mari in domeniul biologiei moleculare prin utilizarea unor profile genetice individuale; acestea permit identificarea unor indivizi susceptibili de a contracta anumite boli, fara a efectua testele genetice extrem de scumpe.

Birotica: calculatoarele personale (PC - Personal Computer) pe fiecare birou, imprimantele, bazele de date, procesoarele de texte, sistemele de comunicatii imbunatatesc substantial activitatea oamenilor, asigura managerilor controlul unor grupuri mari si diverse de activitati.

Cartile de credit: in urma cu cativa ani acestea erau un privilegiu, datorita sistemului ineficient de verificare a tranzactiilor. Acum datorita microprocesoarelor si modemurilor (dispozitive care transforma informatia numerica din calculator in informatie analoaga pentru a fi transmisa la destinatie unde este transformata din nou in informatie numerica) terminalele de verificare a tranzactiilor exista in magazine, pe strada (bancomate), eliminandu-se astfel posibilitatile de frauda.

Sirul exemplificarilor poate continua cu: telefonia celulara, posta electronica (e-mail), industria automobilelor, animatia etc.

2. Tipuri de calculatoare

Din punct de vedere al reprezentarii informatiei in ele exista doua tipuri de calculatoare:

- numerice (numite de unii si digitale prin preluarea cuvantului englezesc digital, digit=cifra), care opereaza cu numere

- analogice, care opereaza cu marimi ale curentului electric; acestea reprezinta numerele prin valori continue ale unei marimi fizice (ex. intensitatea curentului electric); aceste calculatoare se folosesc in special in conducerea unor procese industriale (reactor atomic, centrala electrica, reactor chimic).

Orice informatie (numar, text, imagine, sunet etc.) este memorata (reprezentata) intr-un calculator numeric printr-o succesiune de cifre 0 si 1, unitatea de memorare fiind bitul, ce poate lua cele doua valori 0 sau 1 . Dispozitivul hard (electronic) elementar, care memoreaza informatia, se numeste circuit bistabil. Astfel:

• numerele se reprezinta in calculator in baza 2

• caracterele alfabetice si alte simboluri primesc un cod, care este un numar intreg si care se

reprezinta in calculator tot in baza 2

• imaginile se reprezinta tot sub forma de siruri de biti; astfel o imagine este tratata ca o matrice de

puncte si fiecare punct din ea (numit pixel, de la engl. picture element) este reprezentat pe un

anumit numar de biti, dupa anumite conventii.

Calculatoarele se mai numesc sisteme de prelucrare a datelor, deoarece informatiile reprezentate in calculator se numesc date. In general, prin informatie intelegem o pereche (atribut, valoare), unde atribut este denumirea ce caracterizeaza informatia, iar valoarea este de obicei un numar, un sir de caractere, o imagine etc. Exemple de informatii:

Atribut	Valoare
temperatura medie a lunii iunie	20o C (numar)
numele unei persoane	Ionescu Petru (sir de caractere)
fotografia Teatrului National din Cluj-Napoca	imagine (sir de biti)

In calculator se reprezinta numai valorile informatiilor, pe care le numim, in general, date. Programele care se executa in calculator cunosc semnificatia (atributele) datelor cu care ele opereaza.

3. Configuratia unui sistem de calcul modern

 

 

Un sistem de calcul modern are urmatoarele componente hardware (componente constructive):

• unitatea centrala (CPU = Central Processing Unit);

• memoria externa (memoria secundara);

• perifericele de intrare;

• perifericele de iesire;

• controlorul de comunicatii, care gestioneaza terminalele.

La calculatoarele moderne sunt conectate teminale, care sunt dispozitive ce servesc atat la introducerea cat si la extragerea de informatie in/din unitatea centrala. Aceste terminale, compuse de obicei dintr-un monitor TV, o tastatura si un dispozitiv de punctare (indicare) - mouse, sunt folosite frecvent pentru a mijloci interactiunea dintre utilizatorul uman si calculator.

3.1. Unitatea centrala - CPU

Unitatea centrala - CPU este acea componenta a calculatorului care realizeaza prelucrarea propriu-zisa a datelor. Se compune din:

• unitatea de control

• memoria interna

• unitatea aritmetica si logica

3.1.1. Unitatea de control este acea componenta a unitatii centrale care supravegheaza si conduce toate componentele calculatorului si executa o prelucrare secventiala (instructiune cu instructiune) a fiecarui program. Executia unui program (care se gaseste in memoria interna) se face astfel: unitatea de control citeste cate o instructiune din program si o trimite altor componente ale unitatii centrale care o executa. La terminare, unitatea centrala citeste urmatoarea instructiune si repeta cele de mai sus. Executia completa a unei instructiuni din program poarta numele de ciclu masina. Viteza de calcul a unitatii centrale se masoara prin numarul de cicluri masina (instructiuni) executate pe secunda. Unitatea de masura a vitezei este ips = instructiune pe secunda. Multiplii acesteia sunt:

• Kips 1.000 ips

• Mips 1.000.000 ips

• Gips 1.000.000.000 ips

3.1.2. Memoria interna (memoria principala) a unui calculator are trei functii importante:

- memoreaza programul care se executa la un moment dat

- memoreaza programele de serviciu care asigura buna functionare a calculatorului

- memoreaza datele care sunt prelucrate de programe.

Indiferent de tipul constructiv al memoriei (tuburi electronice, inele de ferita, tranzistori, circuite integrate) ea este formata din celule adresabile, cu capacitatea de 1 Byte (opt biti sau 1 octet), care se pot accesa direct fara sa parcurgem celulele vecine, de unde si denumirea de RAM (Random Access Memory). Aceasta memorie functioneaza numai cat timp calculatorul este conectat la sursa de curent electric, in caz contrar continutul ei dispare daca se intrerupe curentul electric. Spunem ca memoria RAM este volatila. Accesarea memoriei interne se face prin mijloace electronice. Unitatile de masura ce caracterizeaza capacitatea memoriei interne si externe a calculatorului sunt:

• Byte (octet) B = 8 biti

• Kilobyte KB = 2¹⁰ = 1024 B

• Megabyte MB = 2²⁰ = 1024*1024 B

• Gigabyte GB = 2³⁰ = 1024*1024*1024 B

• Terrabyte TB = 2⁴⁰ = 1024*1024*1024*1024 B

3.1.3. Unitatea aritmetica si logica: are rolul de a efectua calculele. Operatiile uzuale pe care le executa sunt adunarea, scaderea si compararea numerelor, iar restul operatiilor (cum ar fi inmultirea si impartirea) se executa cu ajutorul primelor.

3.2. Memoria externa

Calculatoarele moderne folosesc, pe langa memoria interna si anumite dispozitive periferice care pastreaza un volum mare de date si care formeaza ceea ce numim memorie externa. Aceasta memorie nu este volatila, datele raman disponibile pe suport si daca se intrerupe curentul electric (datorita tipului suportului: hirtie, magnetic, magneto-optic). Accesarea informatiei pe suport presupune o miscare mecanica, deci timpul de acces este mai mare ca la memoria interna; in schimb capacitatea de memorare este mai mare decat cea a memoriei interne. Dintre suporturile de memorie externa amintim:

• banda magnetica (caseta magnetica);

• discurile magnetice (flexibile = floppy disk; fixe = hard disk), montate in unitati de disc magnetic, cu capete de citire/scriere; datorita tehnologiilor foarte avansate capacitatea de memorare a hard-discurilor uzuale a ajuns pana la 10 GB, iar a discurilor flexibile (dischetele de 3 1/2”) pana la 2 MB;

• discurile optice (CD-ROM = Compact Disk-Read Only Memory); informatia se memoreaza si se citeste cu ajutorul unui fascicol laser, de obicei pe o singura fata utila; au diametrul de 4,75 inch si pot memora pana la 660 MB; discul nu este refolosibil. Informatia este memorata pe disc la producerea acestuia cu un dispozitiv special numit inscriptor de CD-ROM, iar citirea se face cu ajutorul unui dispozitiv numit lector de CD-ROM. Este folosit la instalarea produselor soft comerciale si ca suporturi favorite de informatie:carti, enciclopedii etc.

3.3. Perifericele de intrare

Dintre perifericele de introducere a informatiei in calculator enumeram:

• cartela perforata, banda de hartie perforata (suporturi nerefolosibile si cu cost ridicat);

• periferice de intrare cu taste (tastatura calculatorului)

• periferice de indicare (mouse, tableta grafica)

• periferice pentru automatizarea introducerii de date la punctul de producere a lor (casele de marcat la supermagazine sunt conectate la calculatorul central si dotate cu cititoare optice de bare; acestea identifica fiecare marfa prin codul de bare care este introdus in calculator; acesta stabileste denumirea sii pretul precum si efectuarea tranzactiei in stoc).

3.4. Perifericele de iesire

Dintre perifericele de extragere a informatiei din calculator enumeram:

• monitoarele TV (mod de lucru: text si grafic) afiseaza informatia pe ecran

• imprimantele: transfera informatia pe hartie; exista urmatoarele tipuri: cu matrice de puncte, cu jet de cerneala si cu laser

• plottere - dispozitive de desenare pe hartie

• terminale grafice specializate, de inalta rezolutie, folosite in aplicatiile CAD/CAM

 

 

4. Generatii de calculatoare

 

 

Gene- ratia	Anii	Principala tehnologie	Alte tehnologii	Limbaje	Alte proprietati MI - memoria interna V - viteza de calcul
I	1946-1956	Tuburi electronice	Tambur magnetic	Masina Asamblare	MI = 2 KB V = 10 Kips
II	1957-1963	Tranzistori	Memorii cu ferite; Discuri magnetice	FORTRAN COBOL	MI = 32 KB V = 200 Kips
III	1963-1981	Circuite integrate (Kilby + Noice)	Memorii semiconductoare Discuri magnetice	PASCAL, LISP Limbaje grafice	MI = 2 MB V = 5 Mips
IV	1982-1989	VLSI, UVLSI microprocesoare	Discuri optice	ADA, Limbaje orientate obiect	MI = 8 MB V = 30 Mips supercalcula-toare
V	1990-	UVLSI	Arhitecturi paralele	Limbaje concurente Limbaj natural	V = 1-1000 Gips inteligenta artificiala tehnologia vorbirii vedere artificiala

GI : tuburi electronice 1946-1956

Istoria informaticii moderne incepe, dupa multi specialisti, in anul 1946, cand a fost predat beneficiarului - Departamentul Apararii SUA - primul calculator complet electronic ENIAC (18.000 tuburi electronice, 30 tone greutate). Constructiv, calculatoarele din G1 se caracterizeaza prin folosirea tuburilor electronice pentru realizarea circuitelor logice (unitatea centrala) si a tamburului magnetic pentru memoria externa. Toate aceste componente au o putere consumata mare, disipa o mare cantitate de caldura si au fiabilitate slaba. Din punct de vedere al programarii, s-a folosit la inceput limbajul masina (cunoscut de putini programatori) si apoi limbajul de asamblare. Traducerea unui program din limbaj de asamblare in limbaj masina se face cu ajutorul unui program specializat, numit asamblor.

G II : tranzistoare 1957-1963

In anii '50 se descopera proprietatile semiconductoare ale siliciului si apar primele astfel de dispozitivele semiconductoare numite tranzistoare. Acestea inlocuiesc tuburile electronice la construirea unitatii centrale a calculatorului; memoria interna este realizata cu memorii cu inele de ferita, iar pentru memoria externa incep sa se utilizeze discurile magnetice, lansate in 1957 de firma IBM (International Business Machines). Un progres la fel de semnificativ cu cel din partea hard se realizeaza si in domeniul soft: apar primele limbaje de programare de nivel inalt (FORTRAN - FORmula TRANslator; COBOL - Common Business Oriented Language). Traducerea programelor scrise in aceste limbaje in limbajul masina al calculatorului se face cu un program specializat, numit compilator.

G III : circuite integrate 1963-1981

Generatia a treia de calculatoare foloseste circuitele integrate, care sunt obtinute prin imprimarea tranzistorilor in bucati (cipuri) de siliciu. Acestea au fost realizate la inceputul anilor ‘60. Circuitele integrate au cunoscut o perfectionare continua, tendinta generala fiind cresterea densitatii de componente incluse intr-un cip. De la memoriile pe ferita se trece la memoriile pe semiconductori.

Putem distinge trei mari grupuri de calculatoare ce apartin G3: calculatoarele medii-mari, minicalculatoarele, supercalculatoarele si microcalculatoarele. Cel mai reprezentative calculatoare medii-mari al acestei generatii sunt cele din seriile IBM 360 si 370. La noi in tara s-au produs calculatoarele Felix, incepand cu 1972.

In 1965, compania DEC (Digital Equipment Corporation) a creat primul minicalculator produs in serie, PDP-8, urmat in 1970 de modelul cel mai cunoscut, PDP-11. Minicalculatoarele sunt mai mici, mai usor de folosit si mai ieftine decat calculatoarele medii-mari si nu au nevoie de aer conditionat. Datorita acestor facilitati minicalculatoarele au inceput sa fie folosite pe scara larga in universitati si in institutii de cercetare.

In anii '70 apar si supercalculatoarele, care se caracterizeaza prin putere foarte mare de calcul si printr-o memorie interna de capacitate uriasa. Exemple de supercalculatoare sunt Cray 1 si Cyber 205.

La polul opus (din punctul de vedere al performantelor si costului), la mijlocul anilor '70 apar microcalculatoarele, care folosesc pentru unitatea centrala un microprocesor.

In domeniul soft au aparut limbaje de nivel foarte inalt si concepte extrem de importante cum ar fi: sistemul de operare si calculatorul personal.

G IV : circuite integrate pe scara foarte larga 1980-1990

Reprezentantii acestei generatii, de la microcalculatoare la supercalculatoare sunt inca actuali. Se folosesc circuitele integrate pe scara foarte larga (de la 200 000 la 1 200 000 circuite/cip). Datorita scaderii costurilor de productie, microcalculatoarele (numite de IBM calculatoare personale) incep sa devina accesibile ca pret pentru oamenii obisnuiti.

Calculatoarele personale au produs probabil cea mai mare revolutie in informatica: apar interfetele grafice, si in general produse soft pentru utilizatorii obisnuiti (editoare de texte, programe de calcul tabelar, etc) care sunt produse de firme specializate. Majoritatea marilor firme de soft de astazi isi au radacinile la inceputul anilor '80.

G V : circuite integrate pe scara ultra larga 1990-

La inceputul anilor '90, Japonia a lansat programul Generatiei a V-a de calculatoare, care avea cateva obiective extrem de promitatoare, legate mai ales de imbunatatirea comunicarii omului cu calculatorul (folosind limbajul natural). Realizarea acestor obiective necesita la randul sau calculatoare cu performante sporite.

Astazi nu se stie mare lucru despre modul in care obiectivele programului au fost realizate. In schimb, calculatoarele contemporane au performante ce permit realizarea lor. Constructiv, aceste calculatoare folosesc circuitele integrate pe scara ultra larga (UVLSI), avand una sau mai multe unitati centrale (calculatoare paralele) sau de calcul (calculatoare vectoriale).

Se perfectioneaza si se impun interfetele grafice, limbajele de programare din generatia a 4-a (vizuale), se dezvolta nemaiintalnit comunicatiile folosind calculatorul: Internet.

Firma Microsoft, aparuta la sfarsitul anilor '70, devine una dintre cele mai puternice firme ale lumii, iar fondatorul ei, Bill Gates, este, la sfarsitul anului 1999, cel mai bogat om din lume.

Scriitori romani