itasistenta blog

Cuprins:

1. Introducere în birotică
2. Evoluţia sistemelor de calcul
3. Generaţii de calculatoare
4. Clasificarea calculatoarelor
5. Unităţi de măsură

Termenul birotică (franc. “bureautique“, engl. “office automation“) cuprinde:
- tehnici, concepte informatice şi produse software care asigurã automatizarea activităţilor de birou (tehnici informatice de preluare, prelucrare şi transmitere a informaţiei, dar şi memorare şi stocare a datelor);
- totalitatea echipamentelor, produselor software şi produselor auxiliare (consumabile etc.) care contribuie la îmbunătăţirea transferului informaţiei în activităţile de birou.

Activităţi:
- prelucrări elementare de date;
- editări de documente;
- reprezentări grafice;
- prelucrări multimedia;
- stocarea documentelor în format digital.

Utilizează tehnologii moderne din domeniile electronicii, telecomunicaţiilor şi informaticii.

Se folosesc produse software specializate construite prin metode de programare moderne:
- procesoare de documente – text, tabele, formule;
- elemente multimedia – imagini, audio, video;
- sisteme de analizã statisticã şi predicţie.

Automatizarea lucrărilor de birou se impune deoarece:
- activităţile din birou conţin multă rutină, prin urmare procedurile se pretează uşor la a fi automatizate;
- datele trebuie păstrate în siguranţă (atât pe medii de stocare sigure, cât şi în condiţii de securitate sporită);
- se doreşte un acces  rapid şi facil la date în raport cu momentul luării deciziei.

1000 – Abacus
În jurul anului 1000 – primul dispozitiv de numărare – Abacus, originar din Asia, se răspândeşte în Europa

1600 – logaritmii
În jurul anului 1600 – matematicianul scoţian John Napier (1550-1617) descoperă logaritmii şi faptul că înmulţirea şi împărţirea numerelor se pot realiza prin adunarea, respectiv scăderea logaritmilor acelor numere

1622 – rigla de calcul
William Oughtred (matematician englez, (1574-1660) ) inventează rigla de calcul, iniţial având formă circulară. Rigla de calcul a fost folosită în calcule ce nu necesitau precizie matematică foarte mare (era limitată la 3 zecimale)

1623 – prima maşină mecanică de calculat
Wilhelm Schickard (1592 – 1635), om de ştiinţă german,  construieşte prima maşina mecanică de calculat

1642 – maşina de calcul Pascaline
Blaise Pascal (1623-1662), matematician şi fizician francez, perfecţionează maşina de calculat a lui Schickard, folosind-o pentru efectuarea unor operaţii simple – adunări şi scăderi. Denumită Pascaline, maşina era în întregime mecanică şi putea să facă numai adunări şi scăderi; ea există şi în ziua de azi (la Zwinger Palace, Dresda)

1834 – prima maşină analitică
Charles Babbage (1792-1871) începe lucrul la prima maşina analitică (“analytical engine“), neterminată până la moartea autorului. Performanţa acestei maşini consta în posibilitatea adunării a două numere de 50 de cifre într-o secundă şi înmulţirea acestora într-un minut.

1848-1854 – Logica Boole
George Boole a realizat că probleme matematice complexe pot fi rezolvate prin reducere la o serie de răspunsuri de tipul “adevărat”/”fals” elaborând teoria denumită logica Boole (sau logica booleană), care lucrează cu aceste două valori. La baza algebrei booleene se afla ecuatia x² = x; singurele soluţii ale acestei ecuaţii sunt numerele 0 si 1.Logica Boole defineşte un set de operaţii elementare (NOT, AND, OR etc.), cu ajutorul cărora poate fi descrisă orice funcţie.

1889 – prima maşină cu cartele perforate
Dupa ce William Seward Burroughs (1857-1898) inventase maşina de adunat (1888), Herman Hollerith (1860-1929) a rezolvat problemele ridicate de recensământul populaţiei Statelor Unite realizând o maşină cu cartele perforate.

1938
Teza de masterat a lui Claude Shannon a demonstrat cum conceptele lui Boole „TRUE” şi „FALSE” pot fi utilizate pentru a reprezenta funcţionalitatea comutatoarelor din circuitele electronice

1943 – primul calculator electronic, COLOSSUS
Cu ajutorul matematicianului Alan Turing (1912-1954), guvernul britanic a construit la Bletchley Park primul calculator numeric electronic din lume pentru a decodifica sistemul de comunicaţii german codat cu codul Enigma.

1943-1946 – primul computer digital, ENIAC
La Universitatea Pennsilvania, USA, este dat în funcţiune primul computer electronic de uz general – ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), prima maşină cu caracteristicile constructive şi funcţionale ale unui calculator electronic operaţional. Autorii săi au fost John Mauchly şi J. Presper Eckert.

ENIAC executa salturi condiţionate şi era programabil. Programarea se făcea manual prin cuplarea (plugging) cablurilor şi setarea comutatoarelor, iar datele erau introduse pe cartele perforate (punched cards). Programarea calculelor de bază dura între o jumătate de oră şi o zi întreagă. ENIAC cântarea 30t şi consuma 140 KWh. ENIAC era programat prin 6000 de comutatoare multi-poziţionale. În total, ENIAC folosea 18000 tuburi electronice. Maşina a fost terminată în 1946 şi a costat aproximativ 500.000 $.

1944 – MARK I
Howard Aiken împreună cu o echipă de ingineri de la IBM prezintă calculatorul Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC). Cunoscut şi sub numele de Mark I, avea o lungime de 16 metri, 3 metri înălţime, conţinea 800.000 de elemente şi era prevăzut cu 60 de registre pentru constante, 72 de registre de memorie pentru adunare, o unitate pentru înmulţire şi împărţire. Putea efectua operaţii cu 23 de zecimale; executa adunări în 0,3 secunde şi înmulţiri în 3 secunde. Acesta a fost urmat de Mark-II (1948) şi apoi de două maşini cu tuburi electronice, Mark-III (1949) şi Mark-IV (1952). Faţă de EDSAC (1949), care folosea o singură memorie atât pentru instrucţiuni, cât şi pentru date, Mark-III şi Mark-IV aveau memorii separate pentru instrucţiuni şi pentru date.

1945 – schiţa computerului modern de azi, EDVAC
Până la definitivarea proiectului ENIAC, Mauchly şi Eckert încep în 1944 să dezvolte un nou calculator denumit EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). EDVAC a fost un calculator cu program memorat (program-stored computer). În 1949 computerul este livrat către Ballistics Research Laboratory, dar devine operaţional abia în 1951 după remedierea unor probleme. După diverse upgrade-uri (interfaţă pentru cartele perforate – 1953, adăugare de memorie – 1954, adăugarea unei unităţi de calcul în virgulă mobilă – 1958), EDVAC a funcţionat până în 1961, dovedindu-se a fi un echipament fiabil şi productiv pentru acele vremuri.

1949 – EDSAC
Primul model functional de calculator electronic cu program stocat a fost EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), construit de Maurice Wilkes la University of Cambridge în 1947 si devenit funcţional în 1949.

1951 – UNIVAC I
UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer I) a fost primul calculator comercial realizat în SUA de către Eckert şi Mauchly, inventatorii ENIAC-ului (1946).

1952 - IBM 701
Firma IBM nu a construit calculatoare până în anii 1950. Primul calculator IBM, IBM 701, a fost scos pe piaţă în 1952 şi a fost vândut în 19 exemplare. A fost primul din seria 700/7000 şi primul computer IBM mainframe.

1955 – microprogramarea
Începând cu 1951, Maurice Wilkes a dezvoltat conceptul de “microprogramare”, mecanism ce permitea definirea şi extinderea setului de instrucţiuni de bază al procesorului (astăzi denumit firmware sau microcod).

1964 – IBM System/360
Lansarea computerului System/360, primul din familia de computere IBM de generaţia a treia. În 1964, după o investiţie de 5 miliarde de dolari, IBM a făcut un mare pas înainte când a anunţat calculatorul System/360. Acest sistem însemna o îmbunătăţire a tuturor performanţelor de cel puţin 25 de ori.

1974 – primul microprocesor de uz general, Intel 8080
Primul microprocesor de uz general, denumit 8080, a fost introdus de Intel în 1974, fiind un procesor pe 8-biţi, cu 4500 tranzistori şi putând efectua 200.000 operaţii pe secundă. Alte procesoare din această vreme au fost: Motorola 6800 sau Zilog Z80.

1975 – limbajul Basic 2.0
Bill Gates şi Paul Allen fondează firma Microsoft şi implementează limbajul de programare BASIC 2.0 pe un computer Altair 8800 (creat în 1974 de Ed Roberts) care devine primul limbaj de nivel înalt disponibil pe un calculator personal.

1981 – primul calculator personal (PC)
IBM lansează pe piaţă primul Personal Computer (PC) cu microprocesor pe 16-biţi 8088, memorie ROM BASIC, floppy-disk de 360KB, sistem de operare DOS 1.0, preţ 1365 $. Toate calculatoarele personale ce au fost construite ulterior şi au păstrat arhitectura originală IBM au fost denumite calculatoare compatibile IBM-PC.

1983 – calculatorul IBM XT (Extended Technology)
Calculatorul IBM-XT are hard-disk (10 MB de memorie în 1983 costau 3000$).

1985 – Intel 80386
În 1985 Intel introduce microprocesorul 80386 (primul membru pe 32-biţi din familia 80×86).

1989 – Intel 80486
Intel introduce microprocesorul 80486, ce includea coprocesor matematic.

1992 – Intel Pentium (60 MHz – 300 MHz)
Apar procesoarele Intel Pentium (cu 64-biţi pentru magistrala de memorie), AMD şi Cyrix (procesoare compatibile – „clone”).

1996 – Intel Pentium Pro

1998 – Intel Pentium II (233 MHz – 450 MHz)

1999 – Intel Pentium III (450 MHz – 1.4 GHz)

2000 – Intel Pentium IV (1.3 GHz – 3.8 GHz)

Clasificarea a fost făcută după:
- Arhitectura sistemelor;
- Tehnologia de construcţie a componentelor (tuburi electronice, tranzistoare, circuite integrate);
- Tipul memoriei interne/externe;
- Modalităţile de procesare a programelor;
- Caracteristicile sistemelor de operare;
- Limbajele de programare folosite.

Prima generaţie de calculatoare (1938-1953)

Arhitectura von Neumann aşa cum a rămas ea numită în istorie (John von Neumann, 1947), stabileşte principalele componente care stau la baza computerului modern de astăzi:
- unitatea aritmetico-logica (ALU);
- unitatea de comanda şi control (CONTROL UNIT);
- unitatea de memorie (MEMORY), pentru stocarea datelor şi instrucţiunilor;
- unitatea de intrare (INPUT);
- unitatea de ieşire (OUTPUT).

Arhitectura von Neumann

Calculatoarele ulterioare si mai târziu microprocesoarele au implementat această arhitectură, care a devenit un standard.

Prima generaţie de calculatoare se caracterizează prin:

- utilizarea tuburilor electronice pentru circuitele logice;
- memorii de capacităţi reduse (1000-4000 cuvinte) formate din tamburi magnetici; nu existau deosebiri între memoria internă şi memoria externă;
- se folosea limbajul maşină şi de asamblare în programare;
- operatorii umani aveau rolul de a aşeza o serie de comutatoare pe poziţiile 0 sau 1 conform schemelor cerute de program.

Calculatoarele erau destinate calculelor ştiinţifice şi comerciale.

A doua generaţie de calculatoare (1954-1963)

Este caracteristică prin trecerea de la tuburi electronice la tranzistoare pentru realizarea circuitelor logice (primul tranzistor – decembrie 1947 – William Shockley, Walter Brattain şi John Bardeen de la Bell Laboratories, SUA).
- calculatoarele din cea de-a doua generaţie aveau în jur de 100 de instrucţiuni complexe, memorie de tip magnetic şi dispozitive periferice;
- apare separarea între memoria internă (pe inele de ferită) şi memoria externă (tambur magnetic, apoi benzi şi discuri magnetice);
- viteza de lucru este mărită (mii si sute de mii de operatii pe secundă);
- prelucrarea se făcea secvenţial prin intermediul unui sistem de operare simplu (FMS şi IBSYS pentru maşina de calcul IBM 7094), folosindu-se atât limbajul de asamblare cât şi limbaje evoluate;
- încep să fie folosite limbaje de nivel înalt – FORTRAN (1956), ALGOL, COBOL (Common Business Oriented Language – limbaj orientat spre aplicaţiile de afaceri), BASIC (după 1960).

Calculatoarele erau folosite în mare parte pentru calcule ştiinţifice, rezolvarea sistemelor de ecuaţii liniare şi neliniare, ecuaţii diferenţiale etc.

A treia generaţie de calculatoare (1964-1980)

În 1965 Jack St. Clair Kilby creează în cadrul firmei Texas Instruments primele circuite integrate care vor fi folosite ca elemente logice.

A III-a generaţie de calculatoare se caracterizează prin utilizarea circuitelor integrate pe scară mică (SSI – Small Scale Integration) şi medie (MSI – Medium Scale Integration).
- se folosesc discul magnetic ca memorie externă, monitoare şi tastaturi pentru intrarea şi ieşirea datelor;
- apar primele sisteme de operare complete care reduc la minimum intervenţia operatorilor umani.

A patra generaţie de calculatoare (1981 – prezent)

Se introduc circuitele integrate cu grad mare şi foarte mare de integrare care pot conţine sute de mii şi milioane de tranzistoare (LSI – Large Scale Integration, VLSI – Very Large Scale Integration).

Folosirea microprocesorului şi a microprogramării a oferit calculatoarelor posibilitatea utilizării unui set complex de instrucţiuni şi asigură un grad sporit de flexibilitate.

A cincea generaţie de calculatoare (prezent – viitor)

Calculatoarele din cea de-a cincea generaţie sunt încă în faza de dezvoltare. Ele se bazează pe utilizarea:
- inteligenţei artificiale;
- circuitelor integrate specializate;
- procesării paralele;
- superconductorilor;
- procesării moleculare şi cuantice – se bazează pe anumite proprietăţi ale atomilor şi nucleelor care le permit să lucreze împreună drept biţi cuantici (“qubits“) pentru a fi utilizaţi de procesor şi memorie;
- nanotehnologiilor.

Există unele aplicaţii ale celei de-a cincea generaţii de calculatoare care sunt deja utilizate astăzi, cum ar fi recunoaşterea vorbirii. Scopul principal al celei de-a cincea generaţii de calculatoare este acela de a dezvolta echipamente capabile să răspundă limbajului natural uman şi să fie capabile de învăţare şi organizare proprie.

Criterii de clasificare:
- tipul unităţii centrale de prelucrare (UCP);
- cantitatea de memorie internă pe care microprocesorul o poate utiliza;
- capacitatea de stocare a memoriei auxiliare;
- viteza perifericelor de ieşire;
- viteza de prelucrare – exprimată în MIPS (Millions of Instructions Per Second);
- numărul utilizatorilor care pot avea acces la calculator în acelaşi timp;
- costul sistemului.

Supercalculatoare

Includ de obicei resurse hardware sau software deosebite, de ordinul a sute sau mii de procesoare care lucrează în paralel. Rezultă astfel o putere de calcul impresionantă (poate executa peste 1,8 miliarde de operaţii pe secundă), datorată si faptului că se utilizează tehnologii aflate la limita posibilităţilor actuale, în condiţiile în care preţul nu este factorul principal în construcţia lor. Principalele aplicaţii sunt în domeniul militar, al cercetării ştiinţifice, industria aeronautică şi spaţială. Preţul unui supercalculator este însă pe măsură, fiind exprimat în general în milioane de dolari. O abordare mai recentă se axează pe utilizarea sistemelor distribuite (bazate pe reţele de calculatoare) pentru a obţine performanţe comparabile, dar la un preţ cu un ordin de mărime mai mic.

Mainframe

Reprezintă un tip de calculator de asemenea de mare putere, dar nu la acelaşi nivel cu supercalculatoarele. Sunt utilizate cel mai adesea pentru gestiunea bazelor de date de dimensiuni foarte mari, precum şi a altor aplicaţii asemănătoare, care necesită o capacitate de stocare foarte mare şi o interacţiune puternică cu un număr mare de utilizatori, concretizată printr-un volum foarte mare de comunicaţii de date. De asemenea, se pot folosi şi la efectuarea de calcule ştiinţifice de o complexitate mai redusă decât în cazul supercalculatoarelor.

Minicalculatoare  (Servere)

Sunt calculatoare care au rolul de a pune la dispoziţia altor sisteme de calcul diverse resurse (capacitate de stocare, putere de calcul, informaţii de un anumit tip), de obicei prin intermediul unei reţele de calculatoare. Fiind destinat să servească de obicei un număr mare de cereri în paralel, serverul trebuie să aibă la rândul său o putere de calcul considerabilă.

Microcalculatoare (staţii de lucru, personal computers / sisteme desktop, laptop)

Reprezintă tipul de calculator care utilizează un microprocesor ca unitate centrală de prelucrare (UCP) şi care poate fi folosit numai de către o singură persoană la un moment dat.

- Staţiile de lucru (workstations) sunt destinate lucrului individual, dar sunt proiectate pentru a rula aplicaţii profesionale, de complexitate mare, cum ar fi: grafică 3D, prelucrări audio si video, aplicaţii de tip CAD sau GIS, prelucrări de date numerice, etc.

- Sistemele desktop intră în categoria calculatoarelor personale, care pot fi folosite pentru aplicaţii de birou (editare de texte, calcul tabelar, baze de date de dimensiuni reduse etc.) sau pentru jocuri. Sunt în principiu cele mai ieftine calculatoare si din acest motiv cele mai accesibile publicului larg.

- Laptop, notebook, netbook sunt termeni care desemnează calculatoarele personale portabile. Acestea au la bază aceleaşi principii şi tehnologii ca şi sistemele desktop. Diferenţa constă în miniaturizarea echipamentelor şi accentul pus pe mobilitate. Un computer mobil are dimensiuni şi greutate reduse si poate funcţiona un timp (câteva ore) cu ajutorul bateriilor, fără alimentare de la reţeaua electrică. Ţinta principală a acestei categorii de sistem o reprezintă în principal mediul de afaceri, dar şi alte zone pentru care mobilitatea este esenţială.

Clasificarea Flynn

În timp arhitectura von Neumann a fost dezvoltată în mai multe direcţii, rezultând sisteme de calcul cu posibilităţi noi si adaptate noilor cerinţe cerute de societate. O clasificare a sistemelor după arhitectura internă, propusă de Michael Flynn (1966):

SISD (Single Instruction Single Data – o singură instrucţiune, o singură dată de prelucrat)

Clasificare Flynn - SISD

Sunt sistemele uzuale cu un singur microprocesor – exemple: microprocesoarele clasice cu arhitectură von Neumann pe 8, 16, 32, 64 biţi cu funcţionare ciclică – preluare instrucţiune, execuţie instrucţiune (rezultă prelucrarea datelor); procesoarele digitale de semnal DSP (Digital Signal Processors) folosite pe scară largă în plăcile de sunet, telefonia mobilă, etc.

SIMD (Single Instruction Multiple Data – o singură instrucţiune, mai multe date)

Clasificare Flynn - SIMD

Sunt sistemele cu microprocesoare matriceale, la care aceleaşi operaţii aritmetice se execută în paralel pentru fiecare element al matricei, operaţia necesitând o singură instrucţiune (se mai numesc sisteme de procesare vectorială).

MISD (Multiple Instruction Single Data – mai multe instrucţiuni, o singură dată)

Clasificare Flynn - MISD

Sunt sistemele care folosesc microprocesoare de tip pipeline (conductă), metodă folosită de către procesoarele recente (Pentium sau echivalente). La un astfel de microprocesor, de exemplu, în paralel se execută instrucţiunea n, se decodifică instrucţiunea n+1 si se aduce în memorie instrucţiunea n+2.

MIMD (Multiple Instruction Multiple Data – mai multe instrucţiuni, mai multe date)

Clasificare Flynn - MIMD

Sunt acele sisteme în care se încadrează atât supercalculatoarele cu procesoare dedicate, cât şi sistemele multiprocesor. Sunt cunoscute şi sub denumirea de arhitecturi paralele.

În cazul arhitecturilor MIMD, procesoarele pot avea fiecare propria sa memorie locală, dar există şi o memorie globală, accesată prin intermediul reţelei de interconectare.

Sisteme distribuite

- nu existau în momentul apariţiei clasificării Flynn;
- grup de calculatoare legate în reţea, care cooperează într-un mod asemănător cu procesoarele dintr-un sistem multiprocesor;
- sunt în general mai eficiente economic decât sistemele multiprocesor (deşi mai scumpe – o reţea de n calculatoare este aproape întotdeauna mai scumpă decât un sistem cu n procesoare, eficienţa vine din faptul că practic în orice instituţie există deja o bază instalată de calculatoare, cu care se poate realiza un sistem distribuit).

Cantitatea de informaţie stocată şi vehiculată de computer în format binar este măsurată în unităţi de măsură specifice.

Un bit este unitatea de bază pentru măsurarea informaţiei şi reprezintă o cifră binară, 0 sau 1 (un bit de informaţie). Din motive practice, însă, informaţiile sunt manevrate în grupuri de cîte 8 biţi. Un grup de 8 biţi se numeşte octet sau Byte. Prescurtările fac diferenţa între bit (notat cu “b”) şi Byte (notat cu “B”). Dar fiindcă aceste unităţi sunt foarte mici în multe cazuri practice, cel mai adesea se folosesc multiplii lor, cu prefixele uzuale folosite şi în cazul altor unităţi de măsură.

Prefixe zecimale

Sunt stabilite de Sistemul Internaţional de Unităţi – SI:

Prefixe binare

În domeniul computerelor se folosesc multiplii binari ai unui bit sau byte (de exemplu: capacitatea memoriei, unităţile de stocare a informaţiei pe un hard-disk, traficul efectuat etc.). La ora actuală există un sistem de denumire a multiplilor în domeniul electronic şi telecomunicaţii adoptat în 1999 de IEC – International Electrotechnical Commission (IEC 60027-2), sistem care deocamdată nu se bucură de o foarte largă utilizare, persistând în continuare confuziile.

Multiplii binari sunt folosiţi pentru a indica înmulţirea cu o putere a lui 2. Din obişnuinţa de a se folosi puteri ale lui 10 există tendinţa de a aproxima rezultatele, dar rezultă din această aproximare o eroare care creşte cu volumul de informaţie şi care poate produce confuzii.

Exemplu:

2¹⁰ = 1.024 » 10³
2²⁰ = 1.048.576 » 10⁶
2³⁰ = 1.073.741.824 » 10⁹

Pentru a avea o idee despre ce înseamnă aceste cantităţi de informaţie, se poate spune că:

• 1 Byte este, pentru computer, cantitatea de informaţie echivalentă cu o literă de text;
• 1 KB înseamnă un text de 1000 de litere, în general mai puţin de o pagină de text;
• 1 MB poate cuprinde o carte foarte mare;
• o dischetă de 3.25″ are 1.44 MB, iar un ZIP-disk are 100 MB;
• un CD are 650 sau 700 MB, iar un DVD 4,7 GB sau 8,5 GB (Dual Layer);
• un disc Blu-ray 25 GB sau 50 GB (Dual Layer);
• o memorie Flash uzuală poate avea de la câţiva GB până la zeci GB;
• hard-disk-urile uzuale la ora actuală au de la 100-200 GB până la sute de GB sau chiar 1-2 TB, la preţuri accesibile.

În telecomunicaţii, pentru a cuantifica numărul de biţi procesaţi / transferaţi pe unitatea de timp (termen cunoscut ca bandwith – lăţimea de bandă) se foloseşte unitatea denumită bit per secundă (prescurtat bit/s sau bps).