Clasificarea calculatorului

La fel ca oamenii, calculatoarele sunt diferite. Acestea se deosebesc dupa capacitățile lor și puterea de procesare. Oamenii nu pot fi clasificați, pe când calculatoarele trebuie clasificate pentru a putea determina care tip de calculator ni se potrivește. Oamenii de știință au clasificat calculatoarele din mai multe motive, dar în primul rând pentru a facilita munca oamenilor, deoarece în funcție de tipul calculatorului, acesta se potrivește uzului personal sau profesional. Pentru a putea înțelege mai bine principiile după care se clasifică calculatoarele, este important să recapitulăm schema funcțională a calculatorului. Capacitatea memoriei interne și externe a fiecărui calculator, devine o caracteristică și un indice de clasificare extrem de important.

Schema funcţională a calculatorului numeric conţine următoarele unităţi functionale:

1. o unitate de memorie pentru a înmagazina datele iniţiale, intermediare şi finale ale problemei, precum şi instrucţiunile care indică secvenţa calculelor.
2. un dispozitiv aritmetic şi logic necesar efectuării operaţiilor aritmetice şi logice elementare.
3. unul sau mai multe dispozitive de intrare, respectiv, ieşire, necesare comunicării din exterior cu calculatorul.
4. un dispozitiv central de comandă şi control care generează o succesiune de semnale de comandă necesare executării secvenţiale a instrucţiunilor.

Dispozitivul aritmetic și logic și dispozitivul central de comandă formează unitatea centrală de prelucrare a informației sau, mai pe scurt, procesorul.

Procesorul încorporează funcțiile unității centrale de prelucrare a informației (U.C.P. sau în engleză: CPU) a unui calculator sau a unui sistem electronic structurat funcțional (care coordonează sistemul) și care, fizic, se prezintă sub forma unui circuit electronic integrat IC cunoscut și sub numele de cip electronic. Reprezintă forma structurală cea mai complexă pe care o pot avea circuitele integrate. El controlează activitățile întregului sistem în care este integrat și poate prelucra datele furnizate de utilizator. Este elementul principal al unui sistem de calcul; cipul semiconductor, care este plasat pe placa de bază numită motherboard (en), este de obicei foarte complex, putând ajunge să conțină de milioane de foarte mici tranzistoare (microtranzistoare). Procesorul asigură procesarea instrucțiunilor și datelor, atât a celora din sistemul de operare al sistemului, cât și a celora din aplicația utilizatorului, și anume le interpretează, prelucrează și controlează, execută sau supervizează transferurile de informații și controlează activitatea generală a celorlalte componente care alcătuiesc un sistem de calcul.

Memoria calculatoarelor moderne este organizată în două niveluri, și anume: o unitate de memorie internă cu o viteză mare de lucru și una sau mai multe unități de memorie externă cu o viteză mai redusă, însă cu o capacitate mult mai mare decât cea a memoriei interne.

Memoria Internă (numită uneori memorie principală, centrală sau operativă) păstrează programul în curs de executare și datele folosite de acesta, prezența ei fiind o condiție esențială pentru funcționarea calculatorului.
Memoria Externă are rolul de a păstra cantități mari de informație și programe folosite frecvent pentru a putea fi aduse într-un interval de timp mic în memoria internă.

Clasificarea propriu-zisă a calculatoarelor.

Calculatorul este un sistem complex format din dispozitive ce permit: 

•  introducerea datelor; 
•  prelucrarea datelor sub pe baza unui program; 
•  extragerea rezultatelor; o stocarea informaţiilor.

Caracteristica generală a unui calculator include următoarele date:

• viteza de operare
• capacitatea memoriei interne
• componența, capacitatea și timpul de acces ale unităților de memorie externă
• componența și parametrii tehnici respectivi ai echipamentelor periferice
• parametrii de masă și gaibarit
• costul

Calculatorul personal (PC- Personal Computer) ca tot unitar are în componența sa două părți şi anume:
♦ Partea HARDWARE – ansamblul elementelor fizice şi tehnice cu ajutorul cărora datele se pot culege, verifica, transmite, stoca şi prelucra, suporturile de memorare a datelor precum şi echipamentele de redare a rezultatelor (reprezintă compomentele ce pot fi practic atinse);
 ♦ Partea SOFTWARE – ansamblul programelor, procedurilor, rutinelor care controlează funcŃionarea corectă şi eficientă a elementelor hardware; există sub formă de concepte şi simboluri şi nu are substanță.

În funcție de aceste date, calculatoarele moderne se clasifică în patru categorii:
-Supercalculatoare: 
Un supercomputer este un computer special complex, compus din mai multe procesoare care accesează aceeași memorie centrală și care funcționează concomitent și coordonat, în cooperație strânsă, astfel încât supercomputerul poate atinge o mare performanță totală de calcul. Modul de calcul al supercomputerelor se numește "calcul paralel". Numărul de procesoare interconectate ale unui supercomputer depășește la anumite modele chiar și 100.000. Pentru comparație, un computer normal, numit de tip "scalar", conține un singur procesor central. Supercomputerele se utilizează la numeroase modelări și simulări, în special pe următorele domenii: biologie chimie geologie aerospațială medicină meteorologie fizică matematică, criptografie tehnica militară Dar, nu orice problemă se pretează la rezolvarea pe un supercomputer. De asemenea, dacă se folosește de exemplu un supercomputer cu 200 procesoare în loc de 100, asta nu înseamnă deloc o înjumătățire automată a timpului de rezolvare. Viteza totală de calcul care se poate atinge depinde, pe lângă numărul de procesoare ale supercomputerului, și de arhitectura sa internă precum și de problema însăși, de metoda de programare utilizată, de compilator și de alți factori. Pentru a menține costul unui asemenea supercomputer la un nivel rezonabil, există și arhitecturi de supercomputere care fac uz de procesoare mai ieftine și mai lente, dar foarte numeroase, grupate în așa-numite "cluster"-e. Cele mai puternice, complexe şi scumpe sisteme electronice de calcul, care pot executa peste 1 bilion de instrucțiuni pe secundă. Au procesorul format dintr-un număr mare de microprocesoare. Sunt proiectate pentru calcul paralel şi au costuri şi performanțe foarte ridicate. Sunt utilizate în domenii care necesită prelucrarea complexă a datelor, cum ar fi: reactoare nucleare, proiectarea aeronavelor, seismologie, meteo etc.
Pot excuta peste 1000 bilioane de operații pe secundă, iar prețul lor depășește 20 de milioane de dolari. Cercetări și proiectări în industria supercalculatoarelor se realizează în SUA și Japonia de firmele IBM, Gray Research, Fujitsu ETA Systems, Sutherland etc. Supercalculatoarele se utilizează în prelucrări extrem de complexe ale datelor în aeronautică, fizica nucleară, astronautică, seismologie, prognoza meteo etc.
Istoric și evoluție
Printre primele firme care au produs supercomputere pentru piață ("comerciale") s-a numărat firma Cray prin anii 1970, numită așa după fondatorul ei Seymour Cray. Primul său supercomputer vândut și instalat oficial a fost celebrul Cray-1, care în anul 1976 a atins viteza de calcul de 130 MegaFLOPS (130 milioane de instrucțiuni cu virgulă mobilă pe secundă).[necesită citare] Drept comparație, un PC normal din zilele noastre poate atinge câțiva GigaFLOPS (cu alte cuvinte, PC-ul de azi este deja de circa 1000 ori mai rapid la acest gen de instrucțiuni decât supercomputerul din 1976).

-Calculatoarele mari:
( în engleză mainframe- dulap principal)
sunt computere mari și scumpe folosite de instituții guvernamentale și companii mari pentru procesarea de date importante pe domeniile: statistică, recensăminte, cercetare și dezvoltare, proiectare, prognoză, planificarea producției, tranzacții financiare ș.a. Încă nu există un cuvânt românesc corespunzător. Deseori mainframe-urile sunt numite, cu o nuanță ironică, big iron (engl.: „marele fier”). Mainframe s-ar putea traduce cu "cadru sau dulap principal", ceea ce provine de la aspectul exterior al primelor mainframe-uri - ele arătau ca dulapuri mari de metal. Cu scurgerea timpului tehnologiile de fabricație s-au dezvoltat enorm, mărimea fizică a mainframe-urilor a mai scăzut, iar viteza lor de calcul a crescut foarte mult.În ziua de azi prin mainframe se înțelege în primul rând un calculator mare compatibil cu modelele de tip IBM System/360, care au apărut pe piață în anul 1965. Actualmente (2010) cel mai modern model de la compania IBM se numește System z10. Arhitectura internă a calculatoarelor de tip mainframe este de obicei de tip von Neumann. Pe lângă aceste mainframe-uri de la IBM mai sunt considerate drept mainframe-uri și calculatoarele actuale de tip: Fujitsu-Siemens: Nova, compatibil cu IBM System z9 Groupe Bull: DPS Hewlett-Packard: NonStop (provenite inițial de la firma Tandem) Hitachi: modele compatibile cu IBM System z9 Platform Solutions Inc. (PSI): modele compatibile cu IBM System z9 Unisys: ClearPath În afară de acestea au mai existat multe alte modele de la alți producători, care azi nu mai există sau nu mai produc mainframe-uri, ca de exemplu de la firmele: Amdahl, Burroughs, Comparex, Control Data, General Electric, Honeywell, NCR, NEC, NT&T, Oki, RCA, Sperry, Telefunken, Univac, precum și cele ale unor țări din Tratatul de la Varșovia, inclusiv România, care au copiat mainframe-uri de la IBM în mod ilegal. Deși inventată de acum peste 40 de ani, tehnologia mainframe-urilor continuă să evolueze mai departe, pentru a satisface necesitățile zilelor noastre. Ca exemplu, mainframe-urile actuale pot oferi și ele servicii de tip "server" (servere multiple virtuale), inclusiv servere web extrem de rapide. Piața mondială de mainframe-uri a fost în 2009 de aprox. 8,5 miliarde euro, din care 3 miliarde euro în Europa.
Aceste calculatoare pot executa sute de bilioane de operații pe secundă, prețul variind între 20 de mii și cîteva milioane de dolari. De regulă, calculatoarele mari includ zeci de unități de disc magnetic și imprimante, sute de console aflate la diferite distanțe de unitatea centrală. El se utilizează în cadrul unor mari centre de calcul și funcționează în regim non-stop.
Calculatoarele mari constituie o categorie aparte, situată între supercalculatoare şi minicalculatoare, operând cu viteze ridicate şi administrând un volum foarte mare de date. Au procesorul foarte complex, volum mare de stocare în UM, Sistem de Intrare/Ieşire complex, orientat pe gestionare de staŃii de lucru. Permit acces multiutilizator (pot suporta sute şi chiar mii de utilizatori simultan). Ele funcŃionează, de regulă, fără îintrerupere, ceea ce presupune accesul controlat la date şi un sistem de protecŃie adecvat. Se utilizează în spitale, bănci, etc.

Schema bloc a unui calculator mare.

-Minicalculatoare:
Minicalculatoarele au fost create pentru executarea unor funcții specializate: aplicații multiutilizator, maşini cu control numeric, automatizări industriale, transmisii de date între sisteme dispersate geografic. Sunt calculatoare de dimensiuni medii, compuse din module structurale cu funcții precise. Au putere şi capacitate de stocare mai mare, UCP complex, sistemul de intrare/ieşire foarte dezvoltat în sensul comunicării prin rețeaua de dispozitive periferice în sistem multiutilizator.
Ele efectuau sute de milioane de operații pe secundă, iar prețul lor nu depășea 200-300 mii de dolari. Echipamentele periferice ale unui minicalculator includeau câteva discuri magnetice, una sau două imprimante, mai multe console. Minicalculatoarele erau mai ușor de utilizat și operat decât calculatoarele mari și se utilizau în proiectarea asistată de calculator, în automatizări industriale, pentru prelucrarea datelor în experimentele științifice etc. Dintre firmele ce produceau minicalculatoare vom remarca IBM, Wang, Texas Instruments, Data General, DEC, Hewlett-Packard etc. În prezent, microcalculatoarele au fost înlocuite cu calculatoarele personale.

 -Microcalculatoare:
calculatoare cunoscute sub denumirea de calculatoare personale (Personal Computer – PC). Acestea au cunoscut cea mai rapidă dezvoltare şi diversificare odată cu apariŃia chip-ului (cip) – circuit integrat obinut prin încapsularea a milioane de tranzistori într-un înveliş ceramic, pe o singură pastilă de siciliu.

Caracteristici:
Nucleul unui microcalculator este un microprocesor. Microprocesoarele trebuie sã fie capabile sã execute instructiunile masinã ale programului; acestea contin operatii elementare: operatii aritmetice si logice, operatii pe biti, operatii de intrare
-iesire, instructiuni de control al procesorului etc. Lor le corespund instructiuni în limbaj de asamblare; astfel se pot scrie programe care sã utilizeze toate facilitãtile hard ale masinii.
Fiecãrui tip de microprocesor îi este caracteristicã lungimea instructiunii masinã pe care o prelucreazã: primele microprocesoare lucrau pe 4 biti în timp ce astãzi, unitatea de prelucrare este de 32 de biti.
Lungimea unei instructiuni masinã este importantã fiindcã trebuie sã asigure retinerea codului unei operatii elementare si informatii despre operanzii acesteia. O operatie aritmeticã elementarã se realizeazã între un operand aflat într-un registru (registrii sunt zone de memorie speciale folosite de microprocesor pentru diverse operatii) si unul aflat în memorie iar rezultatul se depune din nou în registrul respectiv, urmând sã fie ulterior transferat în memorie. Astfel, o instructiune a microprocesorului contine codul operatiei, informatii despre modul de adresare si o adresã relativã (deplasament) care referã data asupra cãreia se opereazã.
Pentru ca instructiunile microprocesorului sã poatã adresa zone de memorie cât mai mari, este importantã dimensiunea lor. Suplimentar, în procesul de determinare a adreselor de memorie se folosesc tehnici specifice: acestea permit retinerea în instructiuni a unor adrese relative (deci, de dimensiuni mai mici), care se vor adãuga la o adresã numitã adresã de bazã (retinutã tot într-un registru). Evident, suma celor douã adrese va permite acoperirea unei zone de memorie de dimensiuni mai mari. Acest procedeu de calcul al adreselor este folosit atât pentru date, cât si pentru instructiuni: existã un segment de date cu o adresã de bazã specificã si un segment de instructiuni, cu o altã adresã de bazã. În concluzie, utilizarea adreselor relative
(logice) în cadrul unor module de memorie si a adreselor de bazã din registrii asigurã functionarea eficientã a microprocesorului si adresarea întregii memorii fizice.
Prezentãm în continuare câteva repere cronologice ale evolutiei microprocesoarelor .
Firma Intel realizeazã primul microprocesor - I 4004, care lucra pe 4 biti - în 1971. Acestuia i se aduc îmbunãtãtiri si astfel apare, în 1974, microprocesorul 8080 pe 8 biti, cu o mare importantã în industria calculatoarelor.
În 1978, generatia 8086 trece la microprocesoare pe 16 biti, punând bazele revolutiei calculatoarelor personale. În 1982 existau microprocesoarele 80186 si 80286.
În 1985 se trece la microprocesoarele pe 32 de biti prin microprocesorul 80386 (cu coprocesorul matematic 80387). În 1989 apare microprocesorul 80486, cu o vitezã de executie sporitã iar în anii '90 - microprocesorul 80586. Microprocesoarele pe 32 de biti contin în mod obligatoriu un hard-disk încorporat si dispun si de alte perficerice performante (primele microcalculatoare profesionale lucrau doar cu discheta ca memorie externã).
Primelor microprocesoare pe 16 si 32 de biti li s-a asociat un coprocesor matematic pentru calculele cu numere reale, numit respectiv 8087, 80287, 80387. Incepând cu microprocesorul 80486, coprocesorul matematic este integrat în microprocesor. Dintre ultimele procesoare apãrute, amintim familiile: Pentium III (Intel), cu performante ridicate si facilitãti speciale de conectare în Internet, IBM 6x86, AMD-K6.
Pentru a exemplifica structura unui microprocesor, vom detalia în continuare componentele microprocesorului 8086
, care a initiat revolutia calculatoarelor personale:
1) Unitatea centralã a microprocesorului, care contine:

• unitatea de executie - executã instructiunile masinã cu ajutorul unei unitãti aritmetico-logice care foloseste registrii si are legãturã cu celelalte componente prin
• unitatea de interfatã cu magistrala - efectueazã toate operatiile cu magistrala necesare unitãtii de executie, adicã operatii de transfer între unitatea centralã, memorie, periferice;

2) Registrii microprocesorului sunt zone de memorie speciale, având o lungime corespunzãtoare unitãtii de prelucrare a microprocesorului, care se folosesc de cãtre unitatea de executie pentru diverse operatii si au nume specifice. Ei se pot clasifica în:

• registrii generali, folositi pentru calcule, operatii cu siruri si biti, operatii de intrare-iesire, sau ca registri de bazã (inclusiv pentru operatii cu siruri si stiva);
• registrii de segment contin: adresa segmentului de cod curent, unde se aflã instructiunile programului (CS), adresa segmentului de stivã curent (SS), adresa segmentului de date curent, unde se aflã zona de date a programlui (DS) si adresa segmentului de date externe (ES);
• registrul pointerului de instructiuni (Instruction Pointer - IP) contine adresa instructiunii urmãtoare a programului masinã, relativ la începutul segmentului de cod;
• registrul indicatorilor de stare si control (flag-uri) contine biti care reflectã starea microprocesorului (dacã existã report, dacã s-a ob
  
  tinut un rezultat 0, pozitiv sau negativ, dacã s-a obtinut depãsire, adicã ultimul calcul a depãsit lungimea reprezentãrii folosite si bit de paritate, care reflectã numãrul de biti 1) si informatii de control referitoare la modul de lucru al microprocesorului.

3) Magistrala de informatii - BUS asigurã comunicãrile între unitatea centralã, memorie si periferice.
Memoria internã a microcalculatoarelor este formatã din douã componente:

• Read Only Memory (ROM) este o parte a memoriei din care utilizatorul poate numai citi si care este înscrisã în momentul constructiei. Ea contine monitorul calculatorului – programe de bazã numite generic BIOS;
• Random Access Memory (RAM) este partea memoriei interne pe care utilizatorul o poate folosi atât pentru citiri, cât si pentru scrieri (aceste operatii folosesc monitorul din ROM). În memoria RAM se depun: sistemul de operare (nucleul DOS), programele utilizatorului (scrise de acesta sau soft-ul folosit), memoria ecran care retine si permite modificarea informatiilor de pe ecran (zona corespunzãtoare depinde de tipul monitorului), zona pentru operatii cu hard-disk-ul.

Perifericele uzuale la un PC sunt: tastatura si monitorul, mouse-ul, imprimanta, unitãtile de dischete si hard-disk. La acestea se pot adãuga: unitate de ZIP, cititor de CD-ROM etc.
Magistrala are o extensie ce formeazã canalul de intrare-iesire, care permite adresarea perifericelor. Existã interfete pentru fiecare tip de periferic: ecrane cu diverse plãci grafice (CGA, EGA, VGA pentru ecrane color, Hercules pentru ecran monocrom), dischetã, hard-disk, serialã, paralelã. Componenta sistemului de operare care gestioneazã un periferic se numeste driver.

O schemã functionalã pentru un microcalculator se propune în figura urmatoare:

Structura unui microcalculator

Practic, pentru calculatoarele de tip PC, procesorul, modulele de memorie, plãcile video, audio (si eventual de retea) se monteazã pe placa de bazã. Aici sunt conectate si interfetele (uzual – de tip IDE) cu perifericele – unitatea de dischetã, hard-disk, CD etc.

De exemplu, se poate deduce matematic cã o adresã de 16 biti poate referi o zonã de memorie de 216O = 26KO = 64 KO. Aceasta este dimensiunea uzualã a unui modul de memorie.

Încă din anii 1980 majoritatea calculatoarelor mici sunt PC-uri, deci compatibile din punct de vedere hardware cu PC-urile inițiale ale firmei IBM care se numeau IBM PC. Ele folosesc procesoare fabricate de firmele AMD sau Intel, desigur însă mult mai rapide decât cele folosite inițial de IBM. O caracteristică distinctivă este modularitatea PC-urilor: chiar fără a fi specialiști, utilizatorii pot modifica, extinde sau schimba cipurile de memorie, placa de bază, plăcile de extensie, discurile dure și chiar și sistemul de operare. Din punctul de vedere al hardwareului există multe modele și tipuri constructive de PC-uri. Printre modelele constructive actuale de succes (în 2011) se numără de exemplu cele de tip „PC tabletă” (din engleză de la Tablet PC) - v. și articolul Calculator tabletă. Numărul de PC-uri aflate în uz în lume a depășit pragul de 1 miliard în iunie 2008 [1]. Prin contrast, există și computere personale mici, portabile, care nu sunt PC-uri (au o altă arhitectură decât calculatoarele personale de tip PC). În ziua de azi ele sunt fabricate de ex. de către companiile Apple (familia de calculatoare Macintosh), Hewlett-Packard, RIM, SGI, divizia Sun Microsystems a companiei Oracle și altele. De asemenea, strict vorbind, nici aparatele „inteligente” de tip smartphone și nici unele computere tabletă ca de ex. iPad, nu sunt PC-uri, deși aparțin marelui domeniu de calculatoare personale.

Piata si vinzari:
În anul 2008 piața mondială de calculatoare personale de tip PC a crescut cu 11,6 % până la 299,4 milioane unități. În 2005 s-au vândut 218,5 milioane de unități PC, față de 189,5 milioane de unități vândute în 2004. În perioada ianuarie-septembrie 2008 asamblatorii locali de PC-uri din România au vândut aproximativ 325.000 de unități. La sfârșitul anului 2008 vânzările de laptop-uri le-au depasit pe cele de PC-uri de tip desktop. Până la începutul anului 2011 laptop-urile au ajuns să reprezinte un sfert din vânzările totale de IT, PC-urile de tip desktop rămânând mult in urmă.

Istoric si evolutie:

Va multumesc !

Profesor: Juc Viorica

Elev: Jioara Madalina

Liceul Teoretic "Ion Creanga"

PS: pentru a raspunde la chestionar, apasati aici.