STRUCTURA SISTEMELOR MULTIMEDIA

STRUCTURA SISTEMELOR MULTIMEDIA

Evolutia sistemelor de calcul

. De la abace si socotitoare la calculatoare electronice

Abace si socotitoare

Acum 4.000 de ani a aparut abacul, primul dispozitiv de calcul, un cadru cu 9 bare pe care culisau 7 bile. Abacul a fost dispozitivul de calcul cu viata cea mai lunga, el fiind folosit inca in China si Rusia la magazinele de la tara.

Adoptarea sistemului de numeratie pozitional in locul sistemului de numeratie nepozitional roman a permis utilizarea in calcule a tabelelor de adunare si a tabelelor de inmultire, care au usurat calculele aritmetice.

Masinile de calculat mecanice

In 1617, la Edinburg, John Neper a creat logaritmii. Ulterior matematicianul englez William Oughtred in 1633 a construit o rigla de calcul pentru efectuarea inmultirilor si impartirilor, care apoi a fost perfectionata de englezul Partridgi in 1662, care a adus-o practic la forma ei actuala.

Prima masina veritabila de calcul a fost inventata de matematicianul Blaise Pascal in anul 1642. Pentru realizarea calculelor de adunare si scadere era folosit un sistem de roti dintate, deci principiul de functionare era mecanic. Acest principiu de realizare a masinii de calcul a fost generalizat in intreaga lume si folosit pana de curand.

In 1671, Leibnitz, utilizand tot piesele mecanice si rotile dintate, a construit o masina care putea sa efectueze si operatii de inmultire iar in 1820 De Colma a realizat prima masina cu patru operatii.

In 1801, Joseph Jacquard a dezvoltat primul razboi de tesut capabil sa repete un model in mod automat. Pasii care trebuiau urmati in procesul de tesut erau determinati de modelul perforatiilor executate pe cartele de hartie.

Matematicianul englez Charles Babbage, a enuntat o serie de idei moderne pentru organizarea unui calculator si a introdus in masina sa analitica si un bloc de memorare care consta din perforatii in cartela si care pastra datele care urmau sa fie prelucrate si respectiv datele de calcul intermediare.

In America, in 1879 James Ritty a inventat prima masina de marcat care calcula, inregistra si controla vanzarile, aceasta s-a perfectionat ulterior si a fost folosita in multe magazine.

In 1890, Herman Hollerith a folosit ideea reprezentarii informatiilor sub forma perforatiilor in cartele de hartie si a realizat un mare calculator utilizat pentru inregistrarea si prelucrarea datelor din recensamantul din SUA, care a durat astfel doar 3 ani. Masinile cu cartele perforate ale firmei Hollerith s-au perfectionat si productia lor a crescut vertiginos, astfel ca in 1924 dupa mai multe fuziuni a fost creata International Business Machines Corporation- IBM- fiind si astazi cea mai mare companie de calculatoare din lume careia i se datoreaza deschiderea pietei de computere personale (PC - IBM compatibile).

Aceste masini erau caracterizate prin urmatoarele:

Viteza de lucru era limitata, fiecare operatie mai complicata durand cateva secunde.

Uzura masinilor era destul de ridicata.

Antrenarea lor se facea cu motoare mecanice, de obicei prin curele de transmiterea puterii.

Pentru fiecare operatie trebuia data o comanda manuala.

Introducerea datelor se facea manual, prin intermediul unui sistem de clape.

Masinile lucrau independent una de alta, fara sa poata fi interconectate

Prin folosirea cartelelor, se puteau folosi rezultatele date de o masina ca date de intrare pentru alta masina.

Masinile electromecanice de calculat

Masinile electromecanice si-au facut aparitia in 1920, o data cu aparitia electricitatii, forta motrice motoare a fost inlocuita cu forta motrice electrica. Acestea au folosit mult mai usor cartela perforata, usor de citit si perforat de catre dispozitivele electromagnetice, astfel incat rezultatele obtinute de o masina puteau fi folosite ca date de intrare pentru alta masina.

Astfel in perioada 1920..1930 au fost perfectionate masinile cu cartele perforate, ele prelucrand si informatii alfanumerice care cuprindeau statele de plata, fisele de magazie, etc.

In anul 1928 Taushek a descoperit principiul tamburului magnetic pentru inregistrarea informatiilor, principiu folosit si azi la calculatoarele PC, pentru memoria externa cu dischete.

Profesorul Howard Aiken de la Universitatea Havard impreuna cu specialistii firmei IBM Corporation, a construit in 1940 prima masina electromecanica complexa de calculat, numita Mark 1. Aceasta masina folosea relee electromagnetice controlate electronic si folosea sistemul de introducerea, stocarea si prezentarea rezultatelor pe cartele perforate.

Primele masini de calculat electronice

Intre anii 1937 -1941 John Atanasov si asistentul sau Clifford Berry aplica tehnologia lampilor cu vid pentru a construi calculatoare digital integral electronice.

La cererea si cu subventia armatei in SUA a aparut primul calculator electronic, ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Computer). El a fost realizat la Universitatea din Pennsylvania sub conducerea savantilor Mauchly si Eckert, in perioada 1942-1945 si a fost inaugurat la 16 februarie 1946, fiind in functiune pana in anul 1955. Acest calculator a cantarit 30 tone, avea cca. 45 m lungime si era construit din 50.000 de comutatoare si 18.000 de tuburi electronice.

Putea sa execute 5.000 de adunari sau scaderi cu 10 cifre pe secunda, depasind de 1.000 de ori rapiditatea celor mai performante masini de calcul electromecanice. Din cauza tuburilor care se ardeau destul de des, comenzile erau realizate de doua ori, cu intreruperi in care se introduceau date de test pentru depistarea tuburilor arse.

In 1944 matematicianul John von Neumann a lansat ideea programului inregistrat, pentru care o masina de calcul trebuie sa fie dotata cu un dispozitiv de memorare a datelor si comenzilor si care trebuie sa lucreze cu o viteza mare si trebuie sa permita inregistrarea simpla si rapida a informatiilor. Astfel au aparut notiunile de algoritm de rezolvare a unei probleme si programul de prelucrare a algoritmului, a secventelor de comenzi si memorare date.

John von Neuman a recomandat constructorilor de calculatoare 3 principii care sa fie utilizate la realizarea unor calculatoare complexe si rapide:

Programele si datele trebuie sa fie codificate sub forma binara;

Programele si datele trebuie pastrate in memoria calculatorului;

Trebuie sa existe o unitate centrala de prelucrare care trebuie sa poata extrage, decodifica si executa instructiunile programului.

Pornind de la teoria lui Neumann a fost construit EDVAC (Electronic Discrete Variabile Computer).

La inceputul anilor 1950 a fost livrat primul calculator comercial UNIVAC. Asa a inceput prima generatie de calculatoare electronice.

Industria de calculatoare, generatiile de calculatoare

Cea mai mare dezvoltare in domeniul stiintific si tehnologic s-a produs in industria de calculatoare atat in domeniul hardware (constructia intrinseca a calculatorului) cat si in domeniul software (programele si sistemele de operare cu care sunt dotate calculatoarele). Astfel, de la aparitia primului calculator electronic ENIAC in 1946, si pana in prezent s-a produs o explozie in dezvoltare iar analistii si-au permis sa faca o clasificare in timp si dupa nivelul de dezvoltare a lor.

Prima generatie de calculatoare

Aceasta generatie cuprinde perioada de cand a aparut primul calculator electronic si pana in 1955. Calculatoarele din aceasta generatie erau utilate cu tuburi electronice, relee electromagnetice si memoriile, interna si externa, utilizau tambururi magnetice. Din aceasta cauza viteza de calcul era mica de cca. 10.000 operatii si instructiuni pe secunda, capacitatea de lucru era redusa, avand memoriile interne (de cca. 2 ko) si externe mici.

A doua generatie de calculatoare

A doua generatie a beneficiat de circuitele de comutatie cu semiconductoare (tranzistoare, diode, diode Zener, etc), de memorii interne cu ferite iar cele externe electromagnetice.

Aceasta generatie cuprinde anii 1956 - 196 Viteza de lucru a ajuns la 100.000-200.000 de operatii pe secunda, iar capacitatea memoriei interne a crescut la 32 ko.

Apar primele sisteme de operare (programe proprii ale sistemului de calcul care controleaza activitatea de introducere si extragere date, executarea alternativa a programelor, programe pentru servicii standard ca sortare si clasificare, programe standard de calcul al functiilor matematice radical, ridicare la putere) si limbajele de programare de nivel inalt prin care se pun bazele ingineriei programarii:

FORTRAN (FORmula TRANslator) orientat pe calcule tehnico-stiintifice in 1956;

COBOL (Common Business Oriented Language), orientat pe calcule economice, care manipuleaza un volum mare dedate, in 1960;

ALGOL (ALGOrithmic Language), aparut in 1958, orientat pe calcule tehnico-stiintifice, din care a aparut ulterior Limbajul PASCAL.

A treia generatie de calculatoare

Calculatoarele din aceasta generatie au aparut in perioada 1964-1975 si au fost construite cu circuite integrate , o capsula de circuit integrat continand in interiorul ei mai multe circuite active: (tranzistoare, diode) si circuite pasive (rezistente si condensatoare), posedau memorii interne realizate deja cu semiconductoare, deci mult mai rapide decat memoriile externe pe suport magnetic.

Acestea aveau o viteza de calcul de 0,5-1 MIPS (1 MIPS = 1 Milion Instructiuni Pe Secunda), capacitatea memoriei interne de 2 Mo.

Apar microcalculatoarele cu microprocesor cu adresare pe 8 biti, care permit utilizatorului acces direct la tehnica de calcul si utilizarea pe scara larga a informatiei.

Aceasta generatie de calculatoare a beneficiat de limbaje de programare dezvoltate. Apar noi limbaje de programare:

PL1 (Programming Language no.1), creat de IBM;

LISP (LISt Processing language), creat in 1960 si orientat pe prelucrari pe baza de liste. Este primul limbaj neprocedural care sta la baza inteligentei artificiale si a sistemelor expert.

PASCAL, un limbaj creat in 1971, de tip structural     (fiecare prelucrare este considerata ca un bloc, iar blocurile pot fi inchise, incapsulate unele in altele). Acest limbaj creat in Elvetia a avut o mare dezvoltare odata cu aparitia microcalculatoarelor;

C a fost creat in 1971 de catre firma Bell-Telephone pentru a permite realizarea sistemului de operare Unix. Este un limbaj foarte performant care poseda conceptele limbajelor structurale de nivel inalt si in plus ii permit accesul la hardware.

BASIC (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code), creat in 1975 este un limbaj interactiv si care poate fi folosit pe microcalculatoare si chiar pe calculatoare de buzunar. A fost creat in SUA si permite utilizarea lui de catre nespecialisti in informatica.

In perioada acestei generatii de calculatoare au aparut sistemele de operare din ce in ce mai evoluate. In 1965, IBM a propus doua sisteme de operare: sistemul tip DOS (Disk Operating System) - orientat spre calculatoarele personale si sistemul de operare OS (Operating System) - orientat spre calculatoare puternice, de lucru in multiprogramare si cu partajarea timpului.

A patra generatie de calculatoare

Calculatorul devine mijloc de productie in aceasta perioada care a inceput in anul 1973 si s-a incheiat in 1990, se raspandesc calculatoarele personale PC (Personal Computer). In Romania aceasta perioada a inceput din 1990.

Calculatoarele din aceasta generatie au utilizat circuitele integrate pe scara medie - MSI, cele de scara larga - LSI si cele de scara foarte larga - VLSI.

Memoria interna a fost de asemenea construita cu circuite integrate iar memoriile externe au fost realizate tot folosind discul magnetic dar cu capacitate de memorare mult mai mare.

Calculatoarele din aceasta generatie aveau o viteza de calcul de 10 MIPS, capacitatea memoriei interne de 16 Mo, gabaritul redus a permis montarea lor pe masa de birou iar pretul scazut a permis utilizarea PC-lor si de persoanele particulare .

Se utilizeaza pe scara mare retelele de calculatoare si deci lucrul in regim interactiv cu alte terminale inteligente.

Sistemele de operare evolueaza mult, firmele care s-au specializat in aceste sisteme au fost Microsoft si Digital Research. Prima generatie de microcalculatoare a utilizat sistemul de operare CP/M, realizat de Digital Research, iar a doua generatie a fost dominata de sistemele MS-DOS si in continuare de Windows elaborate de firma Microsoft.

Apar pachete de programe de larga utilizare pentru: procesare de texte, gestiuni de date, prelucrare de imagini si sunete, proiectarea pe calculator, etc.

Incep sa se dezvolte limbajele neprocedurale: LISP creat in SUA si PROLOG creat in Franta. Cu ajutorul acestor programe calculatorul reuseste sa dezvolte rationamente.

A cincea generatie de calculatoare 

Calculatoarele din generatia a cincea propuse de japonezi, sunt definite ca sisteme complexe de prelucrarea cunostintelor. Ele sunt planificate pentru utilizarea in domenii ca:

Sisteme inteligente de cercetare / proiectare asistata de calculator;

Sisteme inteligente de instruire asistata de calculator;

Sisteme inteligente de automatizare a activitatilor de birou;

Roboti inteligenti.

Este evident ca calculatoarele din generatia a cincea la care se lucreaza in prezent vor inlocui treptat cele anterioare.

Din studiul preliminar japonez pentru aceasta generatie de calculatoare, apar patru obiective importante:

Cresterea substantiala a nivelului de inteligenta cu care calculatoarele trebuie sa prelucreze informatiile si a capacitatii acestora de a comunica cu utilizatorul intr-un mod cat mai inteligent. Pentru aceasta calculatoarele trebuie sa fie capabile sa efectueze inferente logice precum si functii de acumulare a cunostintelor ;

Capacitatea de a asista utilizatorul in actiuni complexe de exploatare a cunostintelor. Pentru aceasta, inteligenta calculatorului trebuie sa-i permita sa inteleaga mediul in care lucreaza;

Posibilitatea reprezentarii informatiilor sub diverse forme, dupa necesitati;

Posibilitatea de achizitionare de noi cunostinte prin simularea unor situatii noi, necunoscute. Prin utilizarea de noi calculatoare super-rapide, se vor putea realiza simulari de foarte mare complexitate.

Din punctul de vedere a al utilizatorilor, japonezii au propus urmatoarele functii:

Posibilitatea unei utilizari facile a acestor sisteme, fara a presupune cunostinte profesionale. In acest scop, aceste calculatoare vor poseda functii de introducere / extragere a informatiilor cu ajutorul imaginilor, a graficelor, a vorbirii si limbajului natural;

Functii de rationament si decizie similare cu cele umane. In acest scop aceste calculatoare vor poseda functii care sa permita regasirea automata a informatiilor care sa raspunda la interogarile formulate, functii care sa asigure invatarea si memorarea de cunostinte ce vor fi utilizate la solutionarea viitoarelor probleme, etc;

Functii care sa faciliteze programarea. In acest scop calculatoarele trebuie sa asigure generarea si modificarea automata de programe.

Proiectul japonez a fost sustinut de guvern si o serie de firme japoneze, din domeniu, sustin infiintarea si finantarea programului ICOT (Institute for New Generation Computers Technology). Reactiile cele mai importante la proiectul japonez s-a manifestat in SUA, prin finantare programului DARPA de catre guvern, si 11 mari companii au creat si finateaza corporatia MCC (The Microelectronics and Computers Technology Corporation).

Structura hardware a calculatorului

Componenta hardware a unui calculator este formata din echipamentele fizice in care se asigura prelucrarea automata a informatiei si din echipamentele care asigura comunicarea intre utilizator si calculator. Ea este formata din urmatoarele subansamble.

Echipamentele de prelucrarea automata a informatiei sunt formate din:

Memoria interna, in care se pastreaza programele si datele cu care se lucreaza la un moment dat;

Memoria externa, hard- discul in care se pastreaza toate programele si datele de care poate avea nevoie calculatorul la un moment dat pentru prelucrare. Hard discul este un pachet de discuri pe care se pot face inregistrari de date si programe. El este montat in interiorul calculatorului, si are o memorie care in zilele noastre poate depasi 9 Go. In general calculatoarele au o singura unitate de hard-disc, care este folosita pentru pastrarea permanenta a programelor, inclusiv a sistemului de operare si a datelor.

Unitatea de aritmetica- logica, prin intermediul careia se executa calculele;

Unitatea de comanda si control, prin care se asigura:

Extragerea instructiunilor din memoria interna;

Analiza instructiunilor;

Comanda pentru executarea fiecarei operatii;

Extragerea datelor de intrare din memoria interna;

Aranjarea datelor de iesire in memoria interna.

Echipamentele ce asigura comunicarea dintre utilizator si calculator sunt formate din:

Dispozitivele periferice de intrare;

Dispozitivele periferice de iesire;

Interfetele de intrare / iesire

Dispozitive periferice de intrare

1. Tastatura

Este un dispozitiv de intrare prin intermediul caruia utilizatorul poate sa transmita comenzi calculatorului si sa introduca datele. Comenzile se dau sub forma unui sir de caractere, fiecare caracter este generat prin actionarea uneia sau mai multe taste de calculator. Utilizand aceste date se pot genera:

Codurile caracterelor: cifrele ( 0,1,-9), literele ( a,A,b,B,- z,Z), semnele speciale: ( $,%, @, !,?,-), spatiul ( bara de spatiu Space);

Codurile comenzilor: retur de car (Carriage Return), salt la linie noua (Line Feed sau Enter), tasta pentru salt tabelar (Tab), etc.;

Tastele functionale : F1, F2,-F12.

Floppy discul

Toate calculatoarele poseda o unitate de citire a discurilor flexibile (Floppy disc). Capacitatea discurilor flexibile depinde de tipul discului si densitatea de inregistrare, din acest punct de vedere sunt:

Discul cu dubla densitate (DD), cu o capacitate de 720 ko;

Discul cu inalta densitate (HD), cu o capacitate de 1,44 Mo;

Discul cu foarte inalta densitate (ED), cu o capacitate de 2,88 Mo.

Mouse-ul

Mouse-ul (Soarecele), este folosit in acele programe care realizeaza pe monitor interfete utilizator prin intermediul tehnicii ferestrelor si a casetelor de dialog (de exemplu in sistemele de operare Windows 95 sau 98). Cursorul de mouse urmareste pe monitor deplasarea mouse-lui pe masa reala (pad). Cu ajutorul mouse-lui se pot efectua patru operatii: Operatia de indicare (point);

Operatia clic (click) prin care se actioneaza scurt un buton al mouse-lui;

Operatia dubluclic (double click), prin care se actioneaza scurt, de doua ori succesiv un buton al mouse-lui;

Operatia de tragere (drag), prin care se deplaseaza mouse-ul pe masa reala cu un buton actionat.

4. Compact discul

Discul compact (CD-ROM), este o memorie externa pe un suport optic special de pe care se pot citi datele inregistrate in unitatea de citire compact disc. Inregistrarea datelor si programelor pe CD-ROM se face in fabrica cu o aparatura ce foloseste laserul. Memoria unui CD-ROM este de ordinul a sute de Mocteti.

5. Scannerul

Scannerul este un dispozitiv de intrare prin care pot fi citite imaginile grafice (fotografii, desene tiparite pe hartie). Imaginea pe care o citeste scannerul este o suprafata formata din puncte, fiecare punct fiind definit printr-un cod de culoare, si coordonatele sale.

Scannerul este caracterizat de urmatoarele elemente:

Rezolutia, care reprezinta numarul de puncte pe inci patrat pe care le poate citi;

Numarul de culori, reprezinta setul de culori care pot fi codificate de scanner;

Viteza de scannare, reprezinta viteza cu care un scanner citeste si prelucreaza o imagine de marime standard.

Dispozitive periferice de iesire

4.1. Monitorul

Este dispozitivul care permite vizualizarea rapida a rezultatelor date de calculator. Caracteristicile unui monitor sunt: claritatea imaginii, numarul de culori afisate, nivelul de radiatii electromagnetice. Calitatea este data de rezolutie care reprezinta numarul de pixeli ai ecranului, unde un pixel este un punct de pe ecran. In tabelul de mai jos sunt prezentate principalele tipuri de monitoare:

Imprimanta

Este dispozitivul care afiseaza informatiile din calculator pe suport de hartie. Principalele caracteristici ale unei imprimante sunt viteza de tiparire (in pagini pe minut) si rezolutia.

In tabelul de mai jos sunt prezentate principalele tipuri de imprimante:

Unde dpi - dots per inch. (puncte per inch la patrat).