Structura şi funcţionarea calculatorului

Calculatorul este o maşină care prelucrează informaţiile automat. Pentru aceasta trebuie să i se furnizeze datele pe care trebuie să le prelucreze (datele de intrare) şi o listă de instrucţiuni (programul), care să îi indice cum să prelucreze aceste date. Dacă pentru a ajunge la un rezultat trebuie sa execute mai multe operaţii, el le va efectua pe rând. Operaţiile şi ordinea acestora îi sunt specificate calculatorului prin intermediul programului. Calculatorul va furniza utilizatorului rezultatele obţinute în urma prelucrării (date de ieşire). În timpul prelucrării pot să apară şi date intermediare.
Pentru a putea realiza aceste operaţii, calculatorul este alcătuit din două componente:
Echipamentele fizice (partea materială) - HARDWARE
Programele şi datele (partea logică) - SOFTWARE
ARHITECTURA unui calculator defineşte un set de reguli prin care subansamblele hardware sunt conectate fizic, fără să se ţină cont de amplasarea lor. Subansamblele sunt definite după funcţia asigurată:
unitatea de comandă şi control;
unitatea aritmetică-logică;
unitatea de memorie internă;
unitatea de memorie externă;
unităţile de intrare-ieşire.

Conform acestei scheme, calculatorul numeric conține următoarele unități funcționale:

o unitate de memorie pentu a înmagazina datele inițiale, intermediare și finale ale problemei, precum și intrucțiunile care indică secvența calculelor;
un dispozitiv aritmetic și logic necesar efectuării operațiilor aritmetice și logice;
unul sau mai multe dispozitive de intrare/ieșire necesare comunicării din exterior cu calculator;un dispozitiv central de comandă și control care generează o succesiune de semnale de comandă necesare executării secvențiale a instrucțiunilor.
Dispozitivul aritmetic și logic dispozitivului central de comandă formează unitatea centrală de prelucrare a informației sau, mai pe scurt procesor.

   PROCESORUL

 este creierul calculatorului care coordonează şi controlează întreaga lui activitate.
Procesorul interpretează programele, identifică instrucţiunile din program, decodifică o instrucţiune, recunoaşte codurile operaţiilor, activează circuitele electronice corespunzătore şi execută operaţii aritmetice şi logice.
Astăzi, UCP-ul se bazează pe un singur circuit integrat, numit microprocesor.
Circuitul integrat este o capsulă în interiorul căreia se găsesc sute de mii de circuite electronice. Acesta se mai numeşte şi cip (chip) şi se montează pe placa calculatorului.
Microprocesorul este format din circuite electronice cu ajutorul cărora el poate interpreta şi executa instrucţiunile. Instrucţiunile reprezintă codificarea comenzilor de operaţii pe care trebuie să le execute calculatorul. Deoarece calculatorul este o maşină cu două stări, aceste instrucţiuni vor fi şiruri de cifre binare, iar codul folosit se numeşte cod maşină. Setul de instrucţiuni pe care microprocesorul îl înţelege şi îl execută se numeşte limbaj maşină.
Pentru executarea operaţiilor, unitatea aritmetică-logică dispune de o memorie proprie, de dimensiuni reduse, organizată sub formă de registre. Atunci când procesorul execută o instrucţiune, din memoria internă sunt aduse în registre operaţiile pe care trebuie să le execute UAL.

Microprocesorul poate executa următoarele operaţii:

cele patru operaţii aritmetice de bază: adunarea, scăderea, înmulţirea şi împărţirea;
operaţiile logice: AND, OR, NOT şi XOR, cu ajutorul cărora se poate controla ordinea în care se execută operaţiile, folosind:
textul, adică operaţia de comparare între două operaţii;saltul condiţionat, adică executarea unei anumite instrucţiuni în funcţie de o condiţie;

repetiţia, adică executarea repetată a unei secvenţe de instrucţiuni.
                                                           MEMORIA INTERNĂ

este locul în care sunt aduse programele şi datele pentru a fi prelucrate de procesor. Întrucât toate instrucţiunile şi datele sunt codificate într-o reprezentare binară, memoria va depozita secvenţe de biţi. Fiecare bit este reprezentat printr-un comutator electronic individual, cu două stări:
comutator ON – cifra binară 1;
comutator OFF – cifra binară 0.
Capacitatea de stocare a memoriei se măsoară în unităţi de măsură a informaţiei: Ko, Mo şi Go sau Kb, Mb şi Gb.
Informaţia (instrucţiunile şi datele) se găseşte în memoria internă sub formă de cifre binare grupate în octeţi sau în cuvinte pe care le prelucrează procesorul. Memoria internă este împărţită în locaţii de memorie (octeţi) identificate printr-o adresă unică.
Adresa este un cuvânt binar prelucrat de procesor, prin care acesta identifică poziţia unei locaţii din memorie.
                                               UNITATEA DE INTRARE-IEŞIRE

 asigură comunicarea calculatorului cu mediul prin intermediul unor echipamente specializate, numite Dispozitive Periferice. Aceste dispozitive sunt:
dispozitivele de intrare-ieşire:
dispozitive de intrare;
dispozitive de ieşire;
dispozitive de intrare-ieşire.

memoriile externe.
a) Dispozitivele de intrare – asigură transmiterea informaţiilor şi comenzilor către calculator prin operaţiade citire (READ). Din această categorie fac parte: tastatura, mouse-ul, cititorul de cartele, cititorul de bandă perforată, creionul optic, stiloul electronic, scanerul, microfonul, etc. Informaţiile citite pot fi: texte, imagini, muzică, comenzi vocale, valori analogice. Indiferent de tipul informaţiei, principiul de funcţionare al unui dispozitiv de intrare este acelaşi: preia informaţia, o împarte în unităţi conform unui algoritm propriu, codifică fiecare unitate într-o secvenţă de biţi şi transmite aceşti biţi procesorului.b) Dispozitivele de ieşire sunt folosite pentru a comunica utilizatorului rezultatele operaţiilor executate şi informaţii despre stare sistemului prin informaţii de scriere (WRITE). Din această categorie fac parte: monitorul, imprimanta, ploterul, difuzorul.Aceste dispozitive primesc secvenţe de biţi de la procesor pe care le decodifică, astfel încât să poată fi înţelese de utilizator sub formă naturală.c) Dispozitivele de intrare-ieşire sunt utilizate pentru a realiza comunicarea în ambele sensuri, prin operaţii de CITIRE şi SCRIERE. Din această categorie fac parte: interfaţa de , consola, placa multimedia.Suporturile de informaţie sunt obiecte folosite de calculator pentru a transmite informaţii între sistem şi utilizator. Acestea pot fi: hârtia, dispozitivele electromagnetice, etc.
                                                          MEMORIA EXTERNĂ
este un suport electromagnetic reutilizabil, pe care informaţia se păstrează codificat sub formă binară, prin magnetizarea particulelor feromagnetice după două direcţii de magnetizare, corespunzătoare celor două cifre binare.Păstrarea informaţiilor în afara sesiunii de lucru se face în memoria externă. Suporturile electromagnetice folosite ca memorii externe sunt: banda magnetică, discul magnetic, caseta magnetică.Pe baza componentelor prezentate mai înainte, rezultă că un calculator poate avea o configuraţie minimă şi o configuraţie maximă. Configuraţia minimă este dată de numărul minimum de componente necesar pentru ca sistemul să fie operaţional şi cuprinde, de regulă: procesorul, memoria internă, o unitate de memorie externă, tastatura şi display-ul. Configuraţia maximă este dată de numărul maxim de componente care pot fi conectate la procesor. Între configuraţia minimă şi configuraţia maximă, utilizatorul o poate alege pe cea care să corespundă aplicaţiilor dorite şi posibilităţilor financiare.