Rolul şi funcţiile componentelor unui calculator personal

• Procesorul
• Memoria
• Placa de bază
• Hard Disk-ul
• Slot-urile
• Modem-urile
• Plăcile Video
• Plăcile de Sunet

PROCESORUL

Componenta ce are rolul de a dirija celelalte dispozitive, de a împărţi sarcini fiecareia, de a coordona şi  verifica execuţia sarcinilor primite. Un calculator nu poate funcţiona fără procesor. Procesoarele au avut evoluţie rapidă de la 8088, 8086 - 80486, producţia fiind asigurată în principal de firma Intel, printre primii producători de procesoare destinate utilizatorilor privaţi. Alte firme producătoare sunt AMD, Cyrix, ITD. Procesoarele produse de AMD şi Cyrix sunt mai ieftine decât cele produse de Intel şi au o arhitectură compatibilă cu cele produse de Intel, însă se dezvoltă separat.

Procesorul i386 a fost primul procesor care a inclus 6 faze de execuţie paralelă, la procesorul 80486 s-a dezvoltat mai mult paralelismul execuţiei prin expandarea unităţilor de decodificare a instrucţiunii şi de execuţie într-o bandă de asamblare (pieline) cu cinci nivele, astfel ajungându-se la 11 faze paralele. În plus, procesorul 486 are un cache intern de date şi instrucţiuni de nivel L1 de 8Ko pentru a mări procentul instrucţiunilor ce pot fi executate la viteza de o instrucţiune pe impuls de tact. La acest procesor a fost pentru prima dată integrată unitatea de calcul în virgulă flotantă (coprocesorul) în acelaşi cip cu CPU-ul .
Amd a lansat în aceeaşi perioadă procesorul 486 DX5 cu frecvenţe până la 133, fără prea mult success. Surprinzător, după 486 nu a urmat 586, decât pentru Cyrix şi AMD. Intel a decis să schimbe formatul numelui trecând la Pentium .

Procesorul Pentium a adăugat o a doua bandă de asamblare pentru a obţine performanţe superioare (cele două benzi de asamblare (U,V) pot executa două instrucţiuni pe un impuls de tact); memoria cache s-a dublat, existând un cache de 8 Ko pentru cod şi unul similar pentru date. Pentru îmbunătăţirea execuţiei ramificaţiilor din programe s-a implementat conceptul de predicţie a salturilor, introducându-se un tabel pentru memorarea adreselor cele mai probabile la care se fac salturile. Registrele principale au rămas pe 32 de biţi, căile interne fiind pe 128 sau 256 de biţi, magistrala de date externă - 64 biţi. Procesorul Pentium are integrat un controller de întreruperi avansat (APIC) folosit în sistemele multiprocessor.

Amd a lansat într-o perioadă intermediară procesorul 586, apoi K5. După 586 pentru Cyrix urmând 6x86 .
Amd şi Cyrix au rămas multă vreme într-un con de umbră al lui Intel, mai ales că procesoarele intel Pentium (lansate la frecvenţe de 75Mhz) s-au dezvoltat rapid, de la frecvenţa de 166 Mhz fiind adăugate instrucţiunile MMX (un set de 57 noi instrucţiuni, patru tipuri noi de date şi un nou set de regiştri pentru a accelera performanţele aplicaţiilor multimedia şi de comunicaţii; MMX se bazează pe o arhitectură SIMD (Single Instruction, Multiple Data), permiţând îmbunătăţirea performanţelor aplicaţiilor ce folosesc algoritmi de calcul intensivi asupra unor mari şiruri de date simple (procesoare de imagini 2D/3D). După Pentium urmează Pentium Pro care are o arhitectură superscalară pe trei căi - poate executa trei instrucţiuni într-un impuls de tact având un cache L2 de 256 Kb strâns legat de CPU printr-o magistrală dedicată pe 64 de biţi. Procesoarele Pentium şi Pentium Pro au fost dezvoltate până la frecvenţe de 233 Mhz, următorul pas fiind Pentium II (este un PentiumPro cu MMX) şi Pentium III.

Revenind la AMD, a lansat procesorul Amd K6 ce avea în plus 32kb cache level 1 faţă de K5. Următorul pas a fost AMD K6-2, care a dat o replică MMX-ului de la Intel cu un set de instrucţiuni numite !3D NOW; trebuie amintit că şi procesoarele K6 au înglobat instrucţiuni MMX frecvenţa maximă atinsă fiind de 500Mhz. AMD K6-3 înglobează 256kb level 1 cache ceea ce aduce un spor de viteză substanţial
Cyrix a rămas în urmă, unui 6x86 la 200Mhz corespunzându-i un Pentium la 150Mhz, pe când la AMD seria K6 - K62 a fost extrem de reuşită, depăşind pe alocuri procesoarele Intel la frecvenţe echivalente.

Fiecare processor din seria x86 este compatibil fizic cu placa de bază, astfel procesoarele se introduc într-un soclu de pe placa de bază, ce are un număr standard de pini (321). Pentru a descuraja concurenţa, Intel a schimbat modul de conectare a procesoarelor Pentium II-III, conectarea la mainboard făcându-se printr-un nou tip de soclu Sec Slot 1; Intel nu a dat drept de producţie (licenţă) a acestui soclu firmelor AMD şi Cyrix. Ca replică, AMD a conceput procesorul AMD K7, ce concurează direct Pentium II prin frecvenţe de până la 900Mhz şi cache level 2 - 512Ko, pentru un nou tip de soclu Slot A. 

Succesul pe piaţă al procesoarelor Intel a fost datorat faptului că fiecare nou procesor îngloba funcţiile precedentului (astfel un Pentium II este capabil de a executa cod scris pentr 386), caracteristică întâlnită rar la început (1980). Procesoarele Sparc, Alpha, Dec, Risc sunt extrem de scumpe, incompatile cu codul x86, ele fiind proiectate pentru aplicaţii paralele, volum mare de calcul, sisteme multiprocessor. Firma SPARC a lansat de curând procesorul pe 64 biţi UltraSparc la 1,5 Ghz .

MEMORIA

In configuraţia unui sistem de calcul întâlnim două mari tipuri de memorii RAM şi ROM. Memoria este spaţiul de lucru primar al oricărui calculator. Lucrând în tandem cu CPU (procesorul) are rolul de a stoca date şi de a procesa informaţii ce pot fi procesate imediat şi în mod direct de către procesor sau alte dispozitive ale sistemului. Memoria este de asemenea legătura dintre software şi CPU.

Din punct de vedere intern memoria RAM este aranjată într-o matrice de celule de memorie, fiecare celulă fiind folosită pentru stocarea unui bit de date (0 sau 1 logic). Datele memorate pot fi găsite aproape instantaneu (timp de ordinul zecilor de ns) prin indicarea rândului şi coloanei la intersecţia cărora se află celula respectivă. Se deosebesc două tipuri de memorie: SRAM(Static Ram) şi DRAM(Dynamic Ram) .

Tehnologia DRAM este cea mai întâlnită în sistemele actuale, trebuind să fie reîmprospătată de sute de ori / secundă pentru a reţine datele stocate în celulele de memorie (de aici vine şi numele); fiecare celulă este concepută ca un mic condensator care stochează sarcina electrică.
Este prezentă sub două tipuri de module: SIMM-urile şi DIMM-urile. SIMM-ul a fost dezvoltat cu scopul de a fi o soluţie uşoară pentru upgrade-uri. Magistrala de date este pe 32 biţi, fizic modulele prezentând 72 sau 30 de pini. DIMM-ul a fost folosit întâi la sistemele MacIntosch dar a fost adoptat pe PC-uri datorită magistralei pe 64 de biţi, având 128 pini.
Tipurile de memorie DRAM sunt: FPM (Fast Page Mode), EDO(Extended Data Out), SDRAM (Synchronous DRAM). Cele mai rapide sunt SDRAM-urile, fiind şi cele mai noi, oferind timpi de acces mici (8ns).

Socket 1 - 169 pini, lucrează la tensiunea de 5V suportă procesoarele 486 DX2 şi DX4
Socket 2 - o minoră îmbunătăţire făcută de intel pentru a suporta şi procesoarele Pentium Overdrive (processor de upgrade) 238 pini
Socket 3 - altă interfaţă de la Intel 237 pini 3,3V-5V, suportă procesoarele 586
Socket 4 - trecerea la procesoare Pentium, suportă doar procesoare Pentium 60 şi 66
Socket 5 - 3,3V 320 pini, suportă iPentium 75-133Mhz
Socket 6 - 3,3V 235 pini, destinat procesoarelor 486, un Socket 3 mai avansat
Socket 7 - cel mai popular, 2,5-3,3V 321 pini suportă procesoare 75-200Mhz, procesoare Pentium MMX, K5, K6, 2x86, 6x86MMX .
Socket 8 - 3,1-3,3V 387 pini destinat doar procesoarelor PentiumPro
· Slot 1 - 2,8-3,3V , o schimbare radicală, procesorul se introduce în slot ca o placă obişnuită, 242 pini, este folosită doar de Intel, fiind o alegere bună pentru sistemele biprocessor.

Hard Disk-ul

Interfaţa pentru hard-disk poate fi inclusă (în cele mai multe cazuri este) pe placa de bază sau poate fi achiziţionată ca  placă de extensie separată. Controllerele pentru hard-disk, ca şi hdd-urile de altfel, pot fi de două tipuri constructive: IDE (EIDE) sau SCSI (Small Computer System Interface). Hard-diskurile SCSI necesită un controller special, interfaţa SCSI fiind mai avansată decât EIDE, mai scumpă, cu performanţe mai mari, având avantajul de a putea conecta pe acelaşi controller şi cablu  scannere, hard-diskuri, unităţi floppy, cdrom, etc, un număr total de 8 device-uri SCSI suportate simultan. Avantajele SCSI sunt multiple: poate conecta pe aceeaşi magistrală 8 deviceuri diferite simultan  (IDE - 2 device-uri şi acele HDD sau CD-ROM); lungimea panglicii SCSI - 10-25 m, viteza maximă 80Mb/sec wide ultra2 SCSI; gabaritul redus. SCSI utilizează cozi de mesaje. Mecanismele bazate pe astfel de cozi sunt integrate pe scară tot mai largă în sistemele de operare moderne (WindowsNT). Hard-diskurile SCSI au fost întotdeauna cu un pas în faţa celor IDE, astfel capacităţile au fost mai mari şi viteza de transfer net superioară, cel mai rapid hard-disk IDE actual are o rată de transfer  maximă de 66Mb/sec (UDMA/66). Mărimile hard-diskurilor singulare sunt cuprinse între 20Mb şi 4T. Această capacitate poate fi extinsă prin intermediul discurilor RAID sau prin tehnologia de clustering (conectarea mai multor hdd-uri astfel ca sistemul să le vadă ca fiind unul singur; această tehnologie este folosită şi în procesarea paralelă).

Slot-urile

Mai există pe placa de bază sloturile  în care se pot introduce plăci de extensie (modemuri, placi video, plăci de reţea, plăci de sunet, etc). Sloturile pot fi diferenţiate în  funcţie de diferenţele constructive: VL-BUS, ISA, EISA, PCI, PCMCIA, AGP. Interfaţa VL-BUS este depăşită, interfaţa ISA este încă folosită cu succes, fiind prezentă pe majoritatea plăcilor de bază de generaţie nouă. PCI este cea mai folosită interfaţă, oferind rate de transfer mari la preţuri rezonabile în prezent. A fost introdusă cu ~5 ani în urmă urmând standardului EISA . PCMICA este destinat utilizatorilor de calculatoare portabile, oferind conectivitate rapidă, autoconfigurare. Aceste plăci sunt extraordinar de mici (şi de scumpe), fiind de mărimea unei cartele telefonice, duble ca grosime.
Interfaţa AGP este ultimul venit pe ring, cel mai nou, destinat plăcilor grafice, în secolul acceleraţiei este destinat acceleratoarelor grafice de mare viteză, făcând o legătură directă între procesor şi placa grafică, oferind rate de transfer de până la 3Gb/sec.

Porturile seriale sunt destinate conectării în exterior a deviceurilor care sunt cam puţine: modem/mouse. Versiunile noi  posedă cache şi o interfaţă ce 'gândeşte' singură degrevând procesorul (UART 16550).
Porturile paralele sunt destinate conectării imprimantelor sau altor dispozitive ce funcţionează pe acest tip de port (scannere, plăci de achiziţie, etc).

Modemurile sunt dispozitive destinate conectării între calculatoare cu ajutorul liniei telefonice. Pot fi de două tipuri constructive: interne şi externe. Modemurile interne se instalează într-un slot PCI sau ISA având integrat portul serial propriu. Oferă conectări la viteze cuprinse între 600bps şi 56700bms. Unele versiuni oferă şi capabilităţi fax şi voice, viteza maximă de primire/trimitere a unui fax fiind de 14400bps. Există un număr mare de protocoale de corecţie şi compresie pentru modemuri, ce au rolul de a păstra integritatea datelor transmise (V32/V42,K5Flex,etc).

Plăcile video sunt dispozitive ce fac legătura între processor/system şi monitor. Au rolul de a afişa pe monitor datele procesate de CPU (de fapt rezultatul acestor procesări). Se conectează pe placa de bază printr-un slot ISA/PCI sau AGP. Plăcile video pot conţine acceleratoare 3D care degrevează procesorul, versiunile profesionale incluzând chiar 2 procesoare 3D pe placa video (ELSA Guillemond). Sunt dotate cu memorie (VRAM) între 512k (Trident) şi 96Mb (ElsaG). Reprezintă o componentă importantă a sistemului, viteza sa influenţând în mare parte performanţa sistemului. în funcţie de cantitatea de memorie existentă pe placa video; rezoluţiile la care poate lucra sunt 640x480, 800x600, 1024x764, etc. Plăcile video bune oferă şi o rată de reîmprospătare a imaginii optimă ce reduce riscul apariţiei afecţiunilor oculare.

Plăcile de sunet sunt dispozitive ce au rolul de a reda informaţia binară sub formă de sunet, sau de a converti sunetele în format .bin. Astfel o placă de sunet se conectează la slotul ISA/PCI, apoi la CD-ROM printr-un cablu separat.
Plăcile de sunet de la Creative sunt dotate cu memorie în care sunt înregistrate sunete originale de instrumente, fiind utile compozitorilor. Atât Creative cât şi Aureal au lansat recent o tehnologie de redare spaţială a sunetului.