ComputerCe înseamnă că un computer foloseşte sistemul binar? Care este diferenţa dintre analogic şi digital? Este digitalul superior analogicului? De ce sunt atât de fierbinţi paginile ce ies dintr-o imprimantă cu laser? De ce o memorie va avea 512 MB ori 1024 MB, nu 500 ori 1000?

 

 

 

Introducere în ştiinţa computerelor



Clasificarea computerelor

Computerul personal - reprezintă computerele destinate utilizării de către o persoană la un moment dat şi folosite acasă ori în laboratoarele şcolilor.

Laptopul - aşa cum se ştie, este caracterizat prin conţinerea tuturor componenentelor într-o singură carcasă, fiind, ca urmare, un computer portabil, uşor de folosit în aproape orice mediu.

Staţia de lucru (eng.workstation) - este un computer folosit de o persoană la un moment dat, dar care este conectat la o reţea. De exemplu, computerele unei bănci, legate într-o reţea, pot fi considerate staţii de lucru.

Mainframe - reprezintă un computer puternic, ale cărui resurse sunt folosite de mai mulţi utilizatori în acelaşi timp de la mai multe terminale (constând într-o tastatură şi un monitor) ori staţii de lucru.

Serverul este  un computer, parte dintr-o reţea, care asigură anumite servicii altor computere. Computerele de tip mainframe sunt adesea folosite pe post de servere.

Clientul reprezintă un computer ce foloseşte un anumit server pentru a accesa anumite servicii, cum este cazul computerului unui ATM (bancomat), care, atunci când o persoană doreşte să retragă bani, consultă serverul băncii pentru a vedea dacă respectiva persoană dispune, în conturile băncii, de suma solicitată.

 

 

Caracterul binar al computerelor

Sistemul binar

Computerul este o maşină electronică ce foloseşte pentru funcţionare două stări, denumite 1 şi 0. Aceste cifre sunt stocate în diferite forme în interiorul computerului, funcţie de componentă: ca diferite grade de magnetizare, ca încărcare ori descărcare a unor condensatoare ş.a.m.d.

Computerul utilizează serii de 0 şi 1 pentru a stoca diverse mesaje. De exemplu, se poate utiliza următoarea secvenţă pentru a codifica litere:
00000000 - A
00000001 - B
00000010 - C
00000011 - D
00000100 - E
00000101 - F şamd

Un 0 ori un 1 se numeşte bit (prescurtarea eng.binary digit). 8 biţi formează un byte. Atunci când spuneţi că hard-diskul d-voastră are 750GB, spuneţi că aveţi un hard de 750 giga bytes (ori, în varianta românească, 750 giga baiţi).

De ce byte-ul? De ce aceste grupuri de 8 biţi? Pentru că 8 biţi permit stocarea unui caracter, fie că este vorba de literă, cifră ori alt simbol care poate fi transmis computerului de către tastatură. Cei 8 biţi permit 256 de combinaţii de 0 şi 1.

Puterile lui 2

Noi, oamenii, lucrăm cu un sistem în baza 10, pornind, cel mai probabil, de la cele 10 degete ale noastre. Atunci când anexăm o cifră la un număr, creştem ordinul de mărime cu 1 (ca de exemplu, dacă adăugăm 2 la 17, devine 217 - se trece de la zeci la sute).

Computerul foloseşte un sistem binar şi, prin urmare, foloseşte puteri ale lui 2. În consecinţă, dacă adăugarea unei cifre la un număr în baza zece îl va multiplica cu zece, adăugarea unei cifre unui număr în baza 2 îi va dubla valoarea maximă. Asta înseamnă că 2 biţi pot stoca 4 valori (00, 01, 10 şi 11), pe când 3 biţi vor stoca dublul, adică 8 valori (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). Aşadar, computerele lucrează cu valori din seria 1, 2, 4, 16, 64, 128, 256 ş.a.m.d, care sunt puteri ale lui 2. Ca o consecinţă, o memorie va avea 512 MB ori 1024 MB, nu 500 ori 1000.

Dacă nu sunteţi lămuriţi în privinţa prefixelor folosite în domeniul computerelor, atunci când se discută de frecvenţe ori bytes, iată cele mai utilizate mărimi:
:: Giga (G): valoare generală: 1.000.000.000; valoare în ştiinţa computerelor: 1.073.741.824; utilizare: 2,6 GHz
:: Mega (M): valoare generală: 1.000.000; valoare în ştiinţa computerelor: 1.048.576; utilizare: 256 MB
:: Kilo (k): valoare generală: 1.000; valoare în ştiinţa computerelor: 1.024; utilizare 512 kB

Digital versus analogic

Datele cu valori distincte sunt numite date discrete, pe când datele care variază continuu (ca luminozitatea unei lămpi cu un potențiometru ce permite multiple stări) sunt numite analogice. Datele discrete în formă binară (de 0 şi 1) sunt date digitale.

Adesea în publicitate termenul "digital" este folosit cu sensul implicit de "superior", "modern", spre diferenţă de "analogic", care ar fi inferior. Dar lucrurile nu stau neapărat aşa. Să ne imaginăm un termometru clasic, pe care citim cu ochiul liber temperatura. Ne putem da seama că la un moment dat temperatura este de 20,5 grade Celsius. Să luăm acum un termometru digital, ce poate afişa doar grade întregi, deci care ne va indica 20 de grade, 21 de grade şamd. Care este mai bun?

În acelaşi fel stau lucrurile şi cu muzica. Muzica digitală este superioară doar în situaţia în care procesul de sampling (transformarea din analog în digital) nu duce la pierderea calităţii muzicii. Alţi indicatori ai calităţii muzicii digitale sunt: sample rate (rata de eşantionare - numărul de eşantioane pe secundă) şi bits per sample (câţi biţi sunt alocaţi pentru fiecare eşantion). Marele avantaj al semnalului digital este reproducerea ulterioară perfectă şi copierea fără erori pe un alt mediu de stocare.

Componentele unui sistem informatic

Un sistem informatic este mai mult decât un computer, conţinând un set de componente care fac utilizabil un computer. Acesta este compus din dispozitivele de intrare şi cele de ieşire.

Dispozitive de intrare


Tastatura

Tastatura a evoluat de la apariţie, pentru a încorpora cât mai multe funcţiuni. Aceasta transmite computerului ce tastă este apăsată, desemnând un model binar fiecărei taste.

Modelul cel mai răspândit, numit QWERTY, este, poate surprinzător, unul care are rostul de a reduce viteza de tastare, tastele fiind aşezate pe tastatură astfel încât tastarea să fie încetinită. S-a pornit de la constatarea, la un moment dat, că dactilografele făceau prea multe greşeli, întrucât anumite taste mai frecvent utilizate erau în proximitate. Există şi tastatura DVORAK, ce permite o viteză sporită de tastare.

Mouse-ul

Mouse-ul este o componentă cunoscută de oricine a folosit vreodată un computer. Acesta a evoluat de la mouse-ul cu bilă, care punea destule probleme utilizatorilor privind mişcarea pe diverse suprafeţe la mouse-ul optic, ce foloseşte un senzor optic pentru a determina mişcarea pe suprafaţa pe care se află. Tabletele şi anumite tipuri de computere, care folosesc tehnologia TouchScreen, pot fi folosite fără a fi nevoie de un mouse, deşi permit conectarea unuia.

Scannerul

Scannerul este un dispozitiv electronic ce permite copierea unui document şi transferul acestui document către un dispozitiv de stocare ataşat computerului (hard-disk, stick de memorie flash).

Documentul ce urmează a fi scanat este aşezat pe o placă de sticlă. Sub această placă se află o altă placă ce transmite lumină albă puternică spre document şi care are senzori optici. Pe baza luminii reflectate de către document către fiecare senzor optic se poate reconstitui fiecare simbol din respectivul document.

Mai pot fi menţionate şi alte dispozitive de intrare, ca: gamepadul ori camera digitală.

Dispozitivele de ieşire

Cele mai folosite dispozitive de ieşire sunt: monitorul, imprimanta şi boxele.

Monitorul

Monitorul este o componentă esenţială a computerului personal. Fără acesta, utilizatorul nu are posibilitatea de controla computerul, dat fiind că nu are posibilitatea de a şti care sunt informaţiile transmise către afişare.

Există două tipuri de monitoare: CRT (eng. cathode ray tube, care au pierdut teren în ultimii ani) şi LCD (eng. liquid crystal display).

Imprimanta

Imprimanta transpune text ori imagini de pe computer pe hârtie. Sunt mai multe tipuri de imprimate disponibile pe piaţă.

Imprimanta matriceală (eng. dot-matrix printer), care foloseşte un fel de ace, care apasă hârtia şi imprimă pe aceasta puncte. Acest tip de imprimantă este rapidă, dar rezultatul printării nu este unul de foarte bună calitate. Cu toate acestea imprimanta este încă folosită de către bănci ori sistemul poştal, întrucât pentru unele documente nu este necesară o calitate foarte bună.

Imprimantă cu cerneală (eng. ink-jet printer) foloseşte o cerneală specială pentru imprimare. Este mai înceată decât cea matriceală, dar produce documente de o calitate mai bună.

Imprimantă cu laser (eng. laser printer) foloseşte principiile electrostaticii pentru a transfera cerneală către hârtie. O componentă specială (drum) devine încărcată electrostatic atunci când este "lovită" de fasciculul de laser. Drumul atrage tonerul (cerneală în formă de pudră), care este de sarcină opusă faţă de drum. Hârtia se roteşte în jurul drumului, astfel transferându-se tonerul pe aceasta. Dar mai este un lucru de făcut pentru ca tonerul să rămână pe hârtie: o componentă numită fuser (în fapt, un set de role fierbinţi) topeşte şi fixează tonerul pe hârtie. La pornire, când imprimanta cu laser indică faptul că se pregăteşte, în fapt aşteaptă ca fuserul să ajungă la temperatura necesară imprimării.

Dispozitive de stocare

Dispozitivele de stocare sunt: banda magnetică, disketa, hard-diskul şi discul optic. Primele două sunt mai puţin folosite de utilizatorii obişnuiţi.

Hard-diskul

Hard-diskul reprezintă dispozitivul cel mai obişnuit de stocare a informaţiilor, a cărui capacitate de stocare pare a se dubla la fiecare 2 ani. Acesta permite scrierea şi accesarea rapide a datelor. O caracteristică ce indică performanţa unui HD este timpul de căutare (seek time) care reprezintă timpul necesar capului de citire să ajungă pe o anumită pistă a hard-diskului. Hardurile moderne pot găsi o anumită pistă în mai puţin de 1/100 dintr-o secundă.

Una dintre problemele hard-diskurilor este aceea că, în timp, informaţiile stocate se fragmentează (un fişier poate fi răspândit în diverse zone ale hard-diskului, ceea ce face accesarea mai anevoioasă). Există programe dedicate defragmentării (punerii împreună a fişierelor, pentru accesarea rapidă a acestora).

Dispozitivele optice

Exemple de dispozitive optice sunt CD-urile (care pot stoca până la circa 780 MB) şi DVD-urile (care pot stoca până la 4,7 GB).

Dispozitivele optice citesc datele folosind laserul şi senzori de lumină. Biţii sunt reprezentaţi prin "denivelări" pe suprafaţa dispozitivului. Lumina se reflectă diferit dacă întâlneşte o "denivelare" ori o suprafaţă lină, producându-se astfel limbajul computerului, adică şiruri de 0 şi 1. Zgârierea dispozitivului optic poate produce erori de citire ori imposibilitatea citirii datelor înscrise.

Cum funcţionează computerul

Bibliografie:
Computer Science Made Simple de V. Anton Spraul