�ݺ�ߣ

ISTORIA
CALCULATORULUI

ELEVI:
GÎNDAC ALEXANDRU IONUȚ
PARASCHIVESCU RAREȘ IOAN
PROFESOR COORDONATOR:
MARCELA V. MIHAI

CUPRINS
1. Istoric
2. Arhitectura von Neumann
3. Circuite Digitale (hardware)
4. Memorare de date
5. Periferice de intrare/iesire
6. Instructiuni (software)
6.1. Programe
6.2. Biblioteci si sisteme de operare
7. Variante constructive de calculatoare
8. Utilizare
8.1. Retele de calculatoare si Internetul

1. Istoric
Cel mai vechi mecanism cunoscut care se pare ca putea functiona
ca o masina de calculat se considera a fi mecanismul din
Antikythira,datand din anul 87 i.e.n. si folosit aparent pentru
calcularea miscarilor planetelor. Tehnologia care a stat la baza
acestui mecanism nu este cunoscuta.
O data cu revigorarea matematicii si a stiintelor in timpul Renasterii
europene au aparut o succesiune de dispozitive mecanice de
calculat, bazate pe principiul ceasornicului, de exemplu masina
iventata de Blaise Pascal. Tehnica de stocare si citire a datelor
pe cartele perforate a aparut in secolul al XIX-lea.
In acelasi secol Charles Babbage este cel diintai care proiecteaza o
masina de calcul complet programabila (1837), insa din pacate
proiectul sau nu va prinde roade, in parte din cauza limitarilor
tehnologice ale vremii.

In prima jumatate a secolului al XIX-lea,nevoile de calcul ale
comunitatii stiintifice erau satisfacute de calculatoare analoage,
foarte specializate si din ce in mai sofisticate. Perfectionarea
electronicii digitale ( datorata lui Claude Shannon inanii 1930) a
condus la abandonarea calculatoarelor analogicein favoarea
celor (numerice),care modeleaza problemele in numere (biti) in
loc de semnale electrice sau mecanice. Este greu de precizat
care a fost primul calculator digital; realizari notabile au fost:
calculatorul Atanasoff-Berry,masinile Z ale germanului Konrad
Zuse - de exemplu calculatorul electromecanic Z3, care desi
foarte nepractic, a fost probabil cel dintai calculator
universal,apoi calculatorul ENIAC cu o arhitectura relativ
inflexibila care cere modificari ale cablajelor la fiecare
reprogramare, precum si calculatorul secret britanic Colossus,
construit pe baza de lampi si programabil electronic

Echipa de proiectare a ENIAC-ului, recunoscand neajunsurile
acestuia, a elaborat o alta arhitectura, mult mai flexibila,care
a ajuns cunoscuta sub numele de arhitectura von Neumann
sau "arhitectura cu program memorat". Aceasta sta la baza
aprope tuturor masinilor de calcul actuale. Primul sistem
construit pe arhitectura von Neumann a fost EDSAC.
In anii 1960 lampile (tuburile electromice) au fost inlocuite de
tranzistori,mult mai eficienti,mai mici, mai ieftini si mai
fiabili,ceea ce a dus la miniaturizarea si ieftinirea
calculatoarelor.Din anii 1970, adoptarea circuitelor integrate
a coborat si mai mult pretul si dimensiunea calculatoarelor,
permitand printre altele si aparitia calculatoarelor personale
de acum.

2. Arhitectura von Neumann
Desi design-ul si perfomantele calculatoarelor s-au
inbunatatit
dramatic
in
comparatie
cu
anii
1940,principiile arhitecturii von Neumann sunt in
continuare la baza aprope tuturor masinilor de calcul
contemporane. Ea este denumita asa dupa renumitul
matematician austroungar John von Neumann
Aceasta arhitectura descrie un calculator cu patru module
importante: unitatea aritmetica-logica (ULA), unitatea de
control (UC), memoria centraala si dispozitivele de
intrare/iesire (prescurtat
I/E). Acestea sunt
interconectate cu un manunchi de fire numit magistrala
pe care circula datele de calcul si datele program
(instructiuni) si sunt conduse in tactul unui ceas ( sir de
impulsuri comtinu ).

Conceptul, memoria unui calculator poate fi vazuta ca o multime
de "celule" numerotate. Fiecare celula primeste drept adresa
un numar unic propriu:ele pot inmagazina o cantitate mica,
prestabilita de informatie. Informatia poate fi ori o
instructiune, ori date propriu-zise.Instructiunile spun
calculatorului ce sa faca, iar datele sunt acele informatii care
trebuie prelucrate conform cu instructiunile. In principiu orice
celula poate stoca(memora) atat instructiuni cat si date.
Interesant este si cazut una sau mai multe instructiuni, deja
stocate in memorie, sunt privite de catre alte instructiuni
drept date de prelucrat/modificat si sunt ele insele modificate
dinamic ("in mers"),dupa necesitate.
Alte arhitecturi intrebuintate la calculatoarele de uz general sunt
de exemplu arhitectura Harvard si arhitectura Dataflow.

3. Circuite digitale (hardware)
Principiile de mai sus pot fi implementate cu o varietate
de tehnologii - de ex. mașina lui Babbage era alcătuită din
componente mecanice. Însă singura asemenea tehnologie
care s-a dovedit suficient de practică este cea a circuitelor
digitale(numerice), circuite electronice care pot efectua
operații din algebra booleană șiaritmetica binară. Dar primele
„circuite” digitale foloseau relee electromecanice pentru a
reprezenta stările "0" (blocat) și "1" (conducție), aranjate
în porți logice. Releele au fost repede înlocuite cu lămpi
electronice - tuburi electronice cu vid, dispozitive 100%
electronice, folosite până atunci în electronica analogă pentru
proprietățile lor de amplificare, dar care au putut fi utilizate
și drept comutatoare (elemente de bază în construcția
calculatoarelor) de stare, 1→0 sau 0→1.

Aranjând corect porți logice binare , se pot construi circuite care execută
și funcții mai complexe, de exemplu sumatoare. Sumatorul electronic
adună două numere folosind același procedeu (în termeni
informatici, algoritm) învățat de copii la școală: se adună fiecare cifră
corespondentă, iar „transportul” este transmis către cifrele din stânga.
În consecință, reunind mai multe asemenea circuite, se pot obține o
UAL și o unitate de control complete. CSIRAC, unul din primele
calculatoare bazate pe arhitectura von Neumann și probabil cel mai
mic asemenea calculator posibil, avea circa 2000 de lămpi (tuburi) deci chiar și pentru sisteme minimale e nevoie de un număr
considerabil de componente. Lămpile electronice erau caracterizate de
câteva limitări severe în folosirea lor pentru construcția porților
logice: erau scumpe, puțin fiabile, ocupau mult spațiu și consumau
cantități mari de curent. Deși erau incredibil de rapide față dereleele
electromecanice, aveau și ele totuși o viteză de operare relativ
limitată.

Astfel că începând din anii 1960 lămpile (tuburile electronice) au
fost înlocuite cutranzistori, dispozitive ce funcționau
asemănător, însă erau mult mai mici, mai rapide, mai fiabile,
mai puțin consumatoare de curent și mult mai ieftine.
Din anii 1960-'70, tranzistorul a fost și el înlocuit cu circuitul
integrat, care conținea mai mulți tranzistori, și firele de
interconectare corespunzătoare, pe o singură plăcuță de siliciu
(numită cip). Din anii '70, UAL-urile combinate cu unități de
control (UC) au fost produse unitar ca circuite integrate,
numite microprocesoare, sau CPU (Central Processing
Unit/unitate de procesare centrală). În timp, densitatea
tranzistorilor din circuitele integrate a crescut incredibil, de la
câteva zeci, în anii 70, până la peste 100 de milioane de
tranzistoare pe circuit integrat, la procesoarele Intel și AMD din
anul 2005

4. Memorare de date
Lămpile electronice și tranzistorii pot fi folosite și pentru
construirea de memorii - așa-numitele circuite flip-flop sau
„basculante bistabile” (CBB), și chiar sunt folosite pentru mici
circuite de memorie de mare viteză, numite „cu acces direct”.
Însă puține designuri de calculatoare au folosit bistabile pentru
grosul nevoilor de memorie, memorii de amploare. Primele
calculatoare foloseau tuburi Williams - în esență proiectând
puncte pe un ecran TV și citindu-le din nou mai târziu, sau linii
de mercur, în care datele erau depozitate sub formă de unde
sonore care parcurgeau tuburi cu mercur la viteză mică
(comparativ cu viteza de operare a mașinii). Aceste metode
destul de neproductive au fost înlocuite cu dispozitive de stocare
(memorare) în mediu purtător magnetic, de exemplu memoria
cu miezuri magnetice de formă inelară.

In care un curent electric era folosit pentru a induce un
câmp magnetic remanent (dar slab) într-un material
feros, care putea fi citit ulterior, după necesitate
pentru a folosi datele. În cele din urmă a apărut
memoria dynamic random access memory , DRAM.
DRAM-ul este format din bănci (mulțimi grupate)
de condensatori, componente electrice care pot reține
o sarcină electrică pentru o anumită durată de timp.
Scrierea informației într-o astfel de memorie se face
prin încărcarea condensatorilor cu o anumită sarcină
electrică, iar citirea prin determinarea („măsurarea”)
sarcinii acestora (dacă este încărcat sau descărcat).

5. Periferice de intrare/ieșire
„I/E”

(„intrare-ieșire”), sau în engleză I/O (de
la input/output), este termenul general pentru acele
dispozitive prin care un calculator primește informații
din lumea exterioară, inclusiv instrucțiuni despre ce să
facă, sau trimite înapoi (în afară) rezultatele calculelor
sau operațiilor logice pe care le-a efectuat. Rezultatele
pot fi destinate ca informații oamenilor, sau pot fi
folosite în mod direct (nemijlocit) drept decizii în
dirijarea altor mașini; de exemplu în cazul
unui robot industrial, cel mai important dispozitiv de
ieșire (dispozitiv E) al calculatorului (de robot) înglobat
în el creează comenzile detailate necesare pentru toate
operațiile (mișcările) mecanice ale robotului propriu-zis.

Prima generație de calculatoare era echipată cu o gamă
de dispozitive I/E destul de limitată și cu viteză de execuție
redusă; de exemplu, pentru introducerea datelor de calcul și
a instrucțiunilor de program se folosea în principal un cititor
de cartele perforate sau un dispozitiv asemănător, iar pentru
afișarea rezultatelor se folosea o imprimantă, de obicei
un teleimprimator modificat de tip „telex”. De-a lungul timpului
însă au apărut o imensă diversitate de dispozitive I/E. Pentru
calculatorul personal de azi, cele mai comune modalități de
introducere directă a datelor sunt tastaturile șimausurile, iar
principalul mijloc prin care calculatorul prezintă informații către
utilizator sunt monitoarele, deși imprimantele sau dispozitivele
de generat sunet sunt folosite și ele în mod obișnuit. Alte
dispozitive sunt specializate pentru numai anumite tipuri de
intrări sau ieșiri, de exemplu aparatul foto digital și scanerul.

Două categorii principale de dispozitive sunt:
dispozitivele secundare de stocare: dischetele,
unitățile CD, DVD, discurile dureși altele;
capacitățile de stocare a datelor pot diferi foarte mult
între ele.
precum și dispozitivele pentru conectarea la rețele de
calculatoare. Posibilitatea de a interconecta
calculatoarele pentru a transfera date și informații
între ele a deschis calea unei mulțimi de noi
aplicații. Internetul, și aici în special World Wide
Web, permit miliardelor de calculatoare de pe glob să
se lege unele cu altele pentru a transfera între ele

•
•

6. Instrucțiuni (software)
Instrucțiunile interpretate de către unitatea de control și
executate de UAL nu seamănă deloc cu limbajul
uman. Calculatorul cunoaște prin construcție un set
relativ mic de instrucțiuni elementare, care sunt
simple, bine definite și neambigue. Exemple de
instrucțiuni sunt: „copiază conținutul celulei de
memorie 5 și plasează rezultatul în celula 10”, „adună
conținutul celulei 7 cu conținutul celulei 13 și
plasează rezultatul în celula 6”, „dacă conținutul
celulei 999 este 0 (zero), următoarea instrucțiune de
executat se găsește memorată în celula 30”, dacă nu,
„se urmează secvența (șirul de instrucțiuni) mai
departe”.

Instrucțiunile calculatorului se împart în patru mari
categorii:
mutare de date dintr-o locație în alta (instrucțiuni
de transfer),
executare de operații aritmetice și logice asupra datelor
(instrucțiuniaritmetice, instrucțiuni logice),
testare a unor condiții, de exemplu „conține celula de
memorie nr. 999 un 0?” (instrucțiuni de testare sau de
condiție),
modificare a secvenței (șirului) de operații
(instrucțiuni de comanda propriu-zise).

1.

2.
3.
4.

În calculator instrucțiunile „externe” sunt memorate și deci
reprezentate în cod binar, la fel ca și toate celelalte date de
calcul (numere, litere, simboluri). De exemplu, codul în
limbaj-mașină pentru una din operațiile de copiere într-un
microprocesor fabricat de firma Intel este 10110000, „1”
și „0” fiind cele două valori logice binare „înțelese”
de microprocesor (computer, mașină). În completarea
exemplului de mai sus, se poate intui că o instrucțiune
de adunare în respectivul Intel-microprocesor trebuie să
fie reprezentată altfel decât cea de copiere, de exemplu
01001110. Mulțimea de instrucțiuni implementate într-un
calculator (computer) formează și este numit limbajul
mașină al acelui calculator.

Simplificat vorbind, dacă două calculatoare au
CPU-uri (unități centrale de procesare) care
răspund la fel la același set de instrucțiuni,
programele (executabile) scrise pentru unul
pot rula și pe celălalt aproape fără
modificări, dar de exemplu cu viteze
diferite. Ușurința portabilității este o
motivație pentru proiectanții de
calculatoare ca ei să nu modifice radical
design-urile existente, decât pentru motive

6.1. Programe
•

•

Programele de calculator sunt listele de instrucțiuni de executat de
către un calculator. Acestea pot număra de la câteva instrucțiuni, care
îndeplinesc o sarcină simplă, până la milioane de instrucțiuni pe
program (unele din ele executate repetat), plus tabele de date. Un
calculator personal curent din anul 2008 din categoria sub 1.000 euro
este capabil să execute peste 4 miliarde de instrucțiuni pe secundă.
Compunerea sau scrierea acestor programe este efectuată de
către programatori, care pot fi profesioniști, semiprofesioniști sau și
amatori, în funcție de temele de rezolvat și mediul de dezvoltare.
În practică, programele nu se mai scriu demult în limbajul mașină al
calculatorului. Scrierea în limbaj-mașină era extrem de laborioasă și
erorile se puteau strecura ușor, ceea ce putea provoca scăderea
productivității la programare. Actualmente programele dorite sunt de
obicei descrise/scrise într-un limbaj de programare de nivel mai ridicat
(superior), care, înainte de a putea fi executat, este tradus automat
înlimbaj-mașină de către programe specializate
(interpretoare și compilatoare), adică într-o „limbă” inteligibilă mașinii
de calcul (computerului).

�ݺ�ߣ

Istoria calculatorului

Recommended

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Istoria calculatorului (19)

More from marcelavmihai (15)

Istoria calculatorului