Cum functioneaza calculatorul?

Aproape toate electronicele din casa contin microprocesoare. Televizorul, DVD-ul, chiar si masinile. Dar atunci cand spunem calculator, ne gandim la computer, calculatorul personal (PC).

Acum peste 2000 de ani, s-a realizat probabil primul calculator, mecanismul Antichithera. In anul 1642, Blaise Pascal a realizat o masina de calcul. In anii 1930 -1940 au aparut calculatoarele electro-mecanice, iar in 1937 J. Atanasoff si C. Berry au realizat primul calculator electronic.

Un salt imens s-a produs odata cu introducerea arhitecturii von Neumann in anii 1940, principii ce sunt in continuare la baza aproape tuturor masinilor de calcul contemporane. In anii 1960 au aparut primele calculatoare realizate cu tranzitori, iar in 1971 Intel realizeaza primul microprocesor.

Calculatoarele comercializate in ziua de astazi necesita trei lucruri esentiale pentru a putea functiona: partea hardware (componentele electronice – fizice – ale calculatorului), Sistemul de Operare, si diverse programe software instalate dupa necesitate.

Hardware

Componentele hardware ale unui calculator sunt: microprocesorul, harddisk-ul, modulele de memorie RAM, diverse placi electronice de intrare sau iesire (placa audio, placa grafica, modem, tv tunner etc) precum si alte componente numite periferice, datorita plasarii lor externe: tastatura, mouse-ul, monitorul, imprimanta, scanner-ul etc.

Cand ne referim la hardware avem in vedere componentele fizice, vizibile, ale unui calculator dintre care mai familiare publicului larg ar fi Unitate centrala de procesare (CPU), Hard Disk-ul si modulele de memorie RAM. Acestea sunt instalate pe placa principala a calculatorului numita si Placa de Baza sau, mai rar, Placa Mama (in engleza: motherboard). Atunci cand apasam butonul de start, CPU-ul incepe sa comunice cu placa de baza activand un program vital numit Basic Input Output System (BIOS) care este stocat intr-un chip special montat pe aceeasi placa de baza. Acest program verifica minutios daca toate componentele hardware sunt la locul lor si functionale si apoi va incerca sa depisteze si existenta unui sistem de operare instalat pe hard-disk. Tastatura, mouse-ul, monitorul sau imprimanta sunt si acestea componente hardware numite datorita amplasarii lor externe si componente periferice.

Software

Si sistemul de operare este considerat tot un program software, insa este si platforma de baza care permite utilizarea altor programe, deci, va avea un loc aparte in categoria numita software.
Aplicatiile software ocupa un rol important deoarece transforma un PC intr-o unealta cu adevarat utila si profesionala cu destinatii multiple. Software-ul contine instructiuni precise prin care acesta va sti ce sa faca pentru a facilita catre utilizator vizionarea fisierelor video, pentru accesul la Internet sau redactarea unui text.

Procesarea

Functia care defineste un calculator este abilitatea de a calcula si de a lua decizii bazate pe seturi de instructiuni. Aceste abilitati ajuta calculatorul sa completeze puterea omului de gandire.
Procesarea este realizata de mai multe componente. Cea mai importanta este microprocesorul, insa un microprocesor nu ar putea functiona de unul singur. Ar fi precum un creier fara coloana vertebrala si fara alimentatie, fara sange. Pentru un calculator, aceste functii de suport sunt date de un chipset. Practic, un calculator are nevoie de un echivalent al instinctelor animale si umane, a comportamentelor primitive, ce-l ajuta sa supravietuiasca fara a avea capacitatea de a invata. Pentru un calculator, echivalentul instinctului este BIOS-ul, un set de instructiuni ce ofera calculatorului functiile de baza, sau… personalitate.

Prima diferenta dintre un calculator si un televizor este ca primul are o tastatura, iar celalat nu are. Daca stam in fata televizorului actionam asupra lui ca un cartof sau ca orice planta vegetabila respectata, dar cand ne asezam in fata calculatorului, acesta ne priveste. Vrea sa stie ce dorim, ne asculta gandurile si actiunile prin intermediul tastaturii si mouse-lui, pentru a procesa comenzile. Poate calcula, organiza, completa, desena sau edita orice. Nicio alta masina nu preia informatia de la om si o poate manipula asemenea unui calculator.
Aceasta este diferenta intre puterea unui calculator ca o masina de procesare a datelor, si in modul lui, de a gandi.
Ca o entitate fizica, procesarea se petrece intr-o unitate numita CPU (central processing unit), sau mai simplu: “computer”. Insa procesorul (CPU) este doar o mica parte din masinaria necesara pentru prelucrarea si procesarea datelor. Microprocesorul, chipsetul si biosul, toate isi au functia lor, fiind diferite in concept, design si operatii.

Microprocesorul

Cea mai importanta componenta de pe placa de baza a calculatorului este microprocesorul. Acesta este responsabil pentru “gandirea” calculatorului. Puterea unui calculator (ex: cat de repede poate sa redimensioneze o imagine) este data de modelul de microprocesor, si cat de rapid poate sa opereze (viteza masurata in megahertz sau gigahertz).
Noile procesoare Core 2 Duo contin peste 800 de milioane de tranzistori ce se inchid si deschid de peste un trilion de ori pe secunda, putand face un miliard de calcule in timpul unei clipiri de pleoapa, sau peste 4 milioane de calcule in timpul in care un glont parcurge distanta de 3 centimetri.

Microprocesorul este defapt un circuit mare integrat cu multe conectiuni. Este observat usor pe o placa de baza deoarece este plasat pe cel mai mare socket si ocupa o pozitie dominanta pe placa de baza. Este piesa centrala intr-un calculator.

Chipset-ul

Chipsetul ofera functiile de suport vitale pentru microprocesor. El creaza semnale ce alimenteaza procesorul, precum ceasul sau oscilatorul, ce seteaza ritmul operatiilor logice.
Chipsetul leaga microprocesorul de restul calculatorului, la memorie si alte functii externe prin porturile de intrare si iesire a calculatorului. Chipsetul este important deoarece afecteaza performanta si operatiile sistemului la fel de mult precum microprocesorul. Pentru cunoscatori, chipsetul este important atunci cand cumpara un calculator. Dupa microprocesor, chipsetul este cel mai mare circuit integrat de pe placa de baza, fiind adapostit sub un radiator.

Bios-ul

Precum animalele se bazeaza pe instincte pentru a supravietui in lumea reala inainte ca acestea sa invete din experientele proprii, un calculator are un mic program ce-i spune ce trebuie sa faca inainte ca utilizatorul sa instaleze sau sa incarce un program. Acest program este numit BIOS (Basic Input / Output System) deoarece spune microprocesorului cum sa primeasca intrarile si ce sa trimita catre iesire.
Biosul defineste comportamentul unui calculator inainte de a porni orice program, sau sistem de operare. In calculatoarele moderne, BIOS-ul detine si alte functii esentiale pentru a face calculatorul sa porneasca si sa functioneze.
Spre deosebire de microprocesor si chipset, BIOS-ul este mai simplu. Contine un program, o lista de instructiuni (linii de cod). Acesta ia o forma fizica deoarece este tinut in permanenta intr-o memorie speciala, pastrat chiar si atunci cand calculatorul ramane fara curent.
Prin acest mod, programul BIOS-ului este intotdeauna tinut minte, gata pentru a fi folosit de fiecare data cand se porneste calculatorul. Chip-ul ce contine BIOS-ul deobicei este o memorie de tip flash si este marcata cu o notita de copyright, la fel ca si la alte produse software.

Memoria

Nu conteaza cat de destepti suntem, nu ne putem aduce aminte totul. Gandurile si ideile ce parcurg neuronii se pierd in entropia Universului. Cunosti lucruri deoarece poti apela gandurile si ideile anterioare, le poti procesa sau doar poti discuta cu alta persoana despre ele. Insa precum si omul, calculatorul are nevoie de o memorie pe termen scurt, unde poate stoca ideile in timp ce lucreaza cu ele, si una pe termen lung, pentru a stoca toate lucrurile si ideile vechi, care vor fi folosite alta data.
In calculatoare, memoria pe termen scurt este numita simplu, memorie. Cea pe termen lung implica dispozitive de stocare numite HardDisk-uri, CD Rom-uri, DVD Rom-uri, sau cum erau pe vremuri Floppy disks sau chiar casete.
Asemanator ca si in creierul omului, microprocesorul are nevoie de un loc pentru a stoca datele care lucreaza cu ele. Memoria, deobicei numita RAM (insemnand Random Access Memory), serveste ca masa de lucru pentru microprocesor. Software-ul de obicei vine cu specificatii unde scrie de cata memorie are nevoie software-ul pentru a putea rula. Pentru sistemele de operare moderne, mai multa memorie inseamna si o procesare mai rapida, deci un sistem mai performant. Atunci cand memoria RAM nu este suficienta, datele se stocheaza in memoria virtuala, un spatiu alocat pe HardDisk pentru a stoca datele ce nu mai incap in memoria ROM. Avantajul este evident, permite rularea unor programe ce depasesc puterea memoriei ROM, insa exista si dezavantaje. HardDisk-ul este mecanic, este cea mai inceata componenta din calculator. Atunci cand memoria ROM este insuficienta, utilizatorul poate observa un lucru mai intens al HDD-ului, lumina rosie (de obicei) a calculatorului apinzandu-se mult mai des.
Memoria este defapt un modul ce se poate introduce in sloturile speciale pe placa de baza. Sloturile de obicei sunt in numar de 3 – 4, desi deseori este ocupat doar un singur slot pentru memorie, dar acea memorie avand o capacitate mare.

Hard Disk-ul

Memoria pe termen lung este acea parte unde sunt stocate ideile si chiar daca nu ai nevoie de ele imediat, trebuie sa le stii (ex: numarul de la pantofi, nr. de telefon etc). In calculatoare, acest tip de “memorie” se numeste hard disk. Pe hard disk sunt stocate toate programele instalate de utilizator, precum si numeroase formate de fisiere, multimedia (video, audio), documente etc.
HardDisk-urile sunt niste “cutiute” sigilate, iar in spate avand un circuit dotat cu diverse componente electrice. Un HardDisk se conecteaza la placa de baza a calculatorului printr-o interfata de comunicare. Hard disk-urile functioneaza pe baza magnetismului.

Magnetismul

Principiul este simplu. Unele materiale se magnetizeaza sub influenta unui camp magnetic. Odata materialul magnetizat, retine acel camp magnetic.
Cheia dintre memorie si magnetism este permanenta. Campurile magnetice au o capacitate minunata de a fi statice si semi-permanente. Nu se misca si nu se schimba de unele singure. Electricitatea folosita in circuitele electronice este exact opusul. In permanenta electricitatea va cauta cai de a se disipa, fiind in permanenta in miscare. Diferenta este fundamentala. Campurile magnetice sunt facute de spinuri de atomuri blocati intr-un loc. Incarcatura electrica este purtata de particulele mobile – in mare parte electroni – care refuza sa stea in loc.
Dandu-i forta potrivita si in cantitatea potrivita, spin-urile magnetice se pot supara, si isi pot schimba orientarea. Deoarece campurile magnetice se pot schimba si nu sunt chiar permanente, magnetismul devine potrivit pentru stocarea datelor.
Forta care modifica un camp magnetic este un alt camp magnetic. In pofida comportamentului diferit in electronica si in sistemele de stocare, magnetismul si electricitatea sunt manifestatii ale aceleasi forte elementale. Ambele sunt un fenomen electromagnetic.

Memoria virtuala

Chiar de la inceputul calculatoarelor s-a planuit un schimb intre memoria calculatorului si dispozitivele de stocare hardware. Memoria era scumpa incat nici cele mai mari corporatii nu puteau sa-si permita sa aiba atat cat ar fi avut nevoie. Inginerii au incercat astfel sa scada preturile memoriei, “falsificand-o”, facand calculatoarele sa creada ca au mai multa memorie decat au. Cu numeroase schite si jocuri cu bitii, au folosit un anumit procent din spatiul de stocare (de pe HardDisk) pentru memorie, numita memorie virtuala deoarece nu exista fizic.
Microprocesoarele nu pot folosi spatiul de stocare (HDD) pentru datele cu care lucreaza. Chiar daca ar putea, ar scadea drastic performantele sistemului datorita timpului de acces prea mare, de sute de ori mai mare decat pentru memoria de tip ROM. Pentru o performanta mai buna, se fac schimburi de blocuri de date intre ROM si memoria virtuala, in prima fiind incarcate doar blocurile de date necesare rularii programelor folosite in acel moment.

Comunicatia

Calculatoarele se pot conecta in retele de calculatoare, li se pot atasa diverse periferice, imprimante, scannere, camere video etc. Datorita capabilitatilor lui de conectare, i se pot conecta orice hardware prin portile de intrare / iesire. Cu ajutorul modemului sau placii de retea calculatorul se poate conecta prin Internet la orice alt calculator din lume.

Calculatoarele comunica si cu perifericele situate in ineriorul carcasei prin magistrala. Capabilitatile unui calculator se pot mari atasandu-i componente, introduse in slot-urile aflate pe placa de baza. Depinzand de design-ul calculatorului, acesta poate contine un numar divers de sloturi, unde se poate instala o placa video (pentru input – tv tunner – sau output – pentru a se conecta la un TV), audio, placa de retea, modem, etc.

Interfata

Interfetele ofera un canal de comunicare ce permite calculatorului sa faca schimb de informatie cu numeroase tipuri de dispozitive, printre care si dispozitivele de stocare. Interfata “traduce” semnalele din calculator intr-o forma potrivita pentru a calatori in afara sistemului (a placii de baza). Printre aceste interfete se enumera si ATA (de obicei numite IDE) sau SCSI, SATA etc, folosite pentru a conecta orice hard sau disk-uri optice.

Porturile Input / Output

Calculatorul tau este conectat la periferice prin porturi de intrare si de iesire. Fiecare calculator are nevoie de un mod de a face rost de informatie, si sa o puna la lucru. Aceste porturi reprezinta rutele principale pentru schimbul de informatie.
In trecut, echipamentul standard al calculatoarelor era simplu: de obicei un port serial si unul paralel, ca parte din placa de baza. Astazi, dispozitivele s-au mutat catre Universal Serial Bus (USB), aproape toate dispozitivele fiind conectate prin acest tip de port. Stickurile flash de memorie, dispozitivele de intrare (tastatura, mouse), camere video etc, sunt conectate prin USB.

Internetul

Probabil cea mai potrivita descriere a internetului este “o retea de retele”. In conceptul sau, internetul face legatura intre calculatoarele din lumea intreaga, pentru a face schimb de informatie. Lumea WWW (World Wide Web) este esentiala pentru partea comerciala a Internetului. Odata conectati la Internet, acesta devine parte a unui singur, masiv, calculator international, cu un singur scop: de a face schimb de informatie.

Autor: Marius, www.descopera.org




18 Comentarii

  1. gabriela spune:

    Buna.Am si eu o problema.Nu ma prea pricep asa bine la calculatoare dar m-ar interesa si pe mine daca stie careva un program de stocare date…deci, mi-a zis cineva ca exista un program cu care poti vedea toate miscarile care s-au facut pe un calculator.Ma poate ajuta cerva?

  2. Anonim spune:

    Incearca KeyLogger.E un program cu care vezi in detaliu tot ce s-a petrecut pe calculatorul tau.

  3. anonim spune:

    da, keylogger e bun!

  4. anonim spune:

    iti recomand un keylogger

  5. funnybunny spune:

    am si eu o intrebare: se poate sa conectezi o tastatura la DVD acesta la randul lui fiiind conectat la televizor pentru a ma juca? ca pe pc..

  6. aLien spune:

    “Programele contine” wtf

  7. David spune:

    articolul e bun,  am inteles tot ce se putea intelege din el, insa o singura chestie nu imi place: numarul mare de greseli gramaticale!

Adauga un comentariu sau poti sa discuti si pe FORUMUL nostru!