Structura și funcționarea calculatorului

Schema funcțională a calculatorului

        Calculatorul numeric conține următoarele unități funcționale:

    

    • o unitate de memorie pentru a înmagazina datele inițiale, intermediare și finale ale problemei, precum și instrucțiunile care indică secvența calculelor;

    • un dispozitiv aritmetic și logic necesar efectuării operațiilor aritmetice și logice elementare;

    • unul sau mai multe dispozitive de intrare, respectiv, ieșire, necesare comunicării din exterior cu calculatorul;

    • un dispozitiv central de comandă și control care generează o succesiune de semnale de comandă necesare executării secvențiale a instrucțiunilor.

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

        

        Memoria calculatoarelor moderne este organizată în 2 nivele: internă (viteză mare de lucru) și externă (viteză de lucru mai redusă, dar cu o capacitate mult mai mare decît a celei 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. În prezent ca memorii externe sînt utilizate unitățile cu discuri sau benzi magnetice, unitățile cu discuri optice etc.
        Unitățile de memorie externă și dispozitivele de intrare-ieșire sînt numite echipamente periferice.

        Din analiza schemei de mai sus rezultă că toate calculatoarele moderne au o configurație modulară. Fiecare modul, și anume controlerul, imprimantele, unitățile de disc magnetic etc., funcționează și, în consecință, pot fi incluse sau excluse din componența calculatorului independent unul de altul. Prin urmare, configurația calculatorulu poate fi modificată în funcție de destinația sistemului de calcul.



Mai multe detalii puteți găsi aici.

Sursă: manualul de Informatică pentru clasa a 10-a.

Circuite logice

Circuite logice elementare

       Circuitul logic este un dispozitiv destinat calculării funcțiilor logice. Pentru a realiza circuitele logice, e necesar ca valorile binare 0 și 1 ale argumentelor și funcțiilor respective să fie reprezentate prin valorile unor mărimi fizice, de exemplu: presiune, temperatură, tensiune sau curent electric, flux luminos etc. În funcție de mărimile fizice utilizate, deosebim dispozitive logice mecanice, pneumatice, hidraulice, electromecanice, electronice, optice etc. Componentele de bază ale acestor circuite sînt elementele de comutare - contactele electrice normal deschise și contactele electrice normal închise.

       În cazul contactelor normal deschise, circuitul electric este deschis dacă contactele nu sînt acționate și - închis la acționarea lor. În cazul contactelor normal închise, circuitul electric este închis dacă contactele nu sînt acționate și - deschis la acționarea lor.

       Funcția logică NU se realizează prin materializarea argumentului x prin contactul normal închis, iar valorile variabilei dependente y sînt reprezentate prin stările becului electric: stins (valoarea logică 0) sau aprins (valoarea logică 1). Se observă că becul va fi aprins (y=1), dacă contactul normal închis nu este acționat (x=0).

       Funcția logică ȘI se realizează prin conectarea în serie a contactelor electrice. Variabilele x1 și x2 sînt materializate prin cele două contacte normal deschise, iar valorile variabilei y prin bec. Se observă că becul va fi aprins (y=1), numai dacă ambele contacte normal deschise sînt acționate (x1=1 și x2=1).

       Funcția logică SAU se realizează prin conectarea în paralel a contactelor electrice. Se constată că becul va fi aprins (y=1), dacă cel puțin unul dintre cele două contacte normal deschise este acționat (x1=1 sau x2=1).

       Întrucît viteza de închidere-deschidere a contactelor electrice este foarte mică, în calculatoarele moderne valorile 0, 1 sînt reprezentate prin niveluri de tensiune, iar ca element de comutare se utilizează tranzistorul. 

       Tranzistorul este un dispozitiv electronic format în sau pe suprafața unui monocristal semiconductor. Tehnologiile avansate permit fabricarea a 10^6 - 10^7 de tranzistoare pe o suprafață de 1 cm2 al monocristalului. În regim de comutație, tranzistorul poate fi considerat ca un întrerupător obișnuit, care într-o stare conduce curentul (este închis), iar în alta - nu (este deschis). Utilizarea diferitor tipuri de tranzistoare și conectarea lor în serie sau în paralel permite realizarea funcțiilor NU, ȘI, SAU.

        Circuitele destinate calculării funcțiilor logice frecvent utilizate se numesc circuite logice elementare sau porți logice.    

       E cunoscut faptul că orice funcție logică poate fi exprimată printr-o formulă care include numai simbolurile operatorilor elementari -, &, v. Prin urmare, orice funcție logică cu un număr arbitrar de argumente poate fi materializată prin conectarea porților logice NU, ȘI, SAU.

Mai multe detalii puteți găsi aici.

Sursă: manualul de Informatică pentru clasa a 10-a.