Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor [611820]

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
11
ISTORICUL CALCULATOARELOR

1.1 Introducere
Arhitectura calculatoarelor este o disciplin ă care trateaz ă
comportarea func țională a unui calculator din punct de vedere al structurii
hardware cât și al program ării: modul de func ționare a blocurilor
componente, m ărimea și tipul datelor (reprezentarea numerelor în sistem),
tipurile de opera ții suportate de sistem, peri fericele disponibile, etc.
Un sistem de calcul ( calculator numeric) reprezint ă un ansamblu de
elemente fizice (resurse hardware: unitate central ă – CPU sau
microprocesor, memorie – RAM și ROM și periferice – HDD, interfe țe de
comunica ție, mouse, tastatur ă, interfață grafică) interconectate între ele, dar
invizibile pentru programator și de programe (resurse software – de
inițializare a blocurilor hardware și dialogul cu acestea și de aplica ție).
Funcția principal ă a sa este de a transforma informa țiile de la intrare
(instrucțiuni și date) în informa ții de ieșire (rezultate).
Arhitectura calculatorului în prezent înseamn ă un concept structurat
pe nivele, de la nivelul cel mai înalt în cadrul c ăruia sunt rulate programele
utilizator, pân ă la nivelul cel mai de jos, constând în circuitele logice
realizate cu tranzistoare, rezisten țe și conexiuni electrice.
Prin resurse hardwar e se înțelege totaliatea componentelor electrice,
electronice, electr omecanice care alc ătuiesc elementele fizice ale sistemului
de calcul. Acesta este nivelul fizic pe care îl percepe vizu al utilizatorul.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
2Resursele software sunt constituite din totalitatea func țiilor care
permit accesul la resursele sistemului . Acestea includ atât sistemele de
operare cât și programele aplica ție.
Prin tehnologie de realizare a ca lculatorului se în țelege componen ța
electronicii acestuia: tehnol ogia circuitelor integrat e, tehnologia circuitelor
imprimate, conectica, evacuarea caldurii.
Conectica însumeaz ă totalitatea conexiunilor între modulele
sistemului (plac ă de bază, CPU, memorie, cartele periferice).
Implementarea reprezint ă modalitatea de realizare fizic ă a
sistemului de calcul prin componente electronice.
Proiectarea sistemului de calcul se face pornind de la un set de
cerințe comportamentale și posibil de la un set de componente, pe baza
acestora realizându-se structura sa. Dac ă funcțiile sale sunt permanente
atunci structura este format ă din circuite logice fi xe, sistemul fiind unul
cablat (hardwired). Dac ă funcțiile sale sunt schimbabile, fiind implementate
prin informa ții memorate, atunci sistemul este microprogramat . Proiectarea
unui sistem de calcul este structurat ă pe 3 nivele: proiectarea nivelului
procesor , proiectarea nivelului registru și proiectarea nivelului por ții
logice .
Proiectarea nivelului proces or presupune realizarea unit ății centrale,
a procesoarelor I/O, memoriilor și a dispozitivelor I/O. Proiectarea nivelului
registru înseamn ă definirea structurilor de la nivelul anterior la nivel de
registru. Proiectarea la nivel de poart ă presupune implementarea fiec ărui
element din nivelul precedent cu por ți logice.
1.2. Evolu ția cronologic ă a tehnicii de calcul
Primele ma șini de calcul imaginate de om au fost mecanice. Una
dintre primele inven ții a fost abacul. Cercet ările arheologice au scos la

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
3lumina astfel de dispozitive ce au fost datate din 450 î.e.n. (China). Acesta
mai este folosit și astăzi în unele regiuni ale globului.

abac vechi abacul de astazi

Fig. 1 Abacul
Leonardo da Vinci (14 52-1519) a desenat o ma șină de calculat pe
bază de angrenaje mecanice care îns ă n-a fost niciodat ă construită.

Fig. 2 Calculatorul mecanic al lui Leonardo da Vinci

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
4În jurul anului 1600 John Napier inventeaz ă logaritmul care permite
efectuarea unei multiplic ări prin adunare (prin logaritmarea fiec ărui
operand). Ini țial algoritmii erau ob ținuți pe baza unor tabele. Napier a
inventat o alternativ ă a tabelelor, în care valorile logaritmilor erau cioplite în
fildeș (numite ulterior oasele lui Napier). Inven ția sa a condus la rigla de
calcul, prima fiind construit ă în Anglia în 1632 (folosit ă de inginerii NASA
și în anii 1960 la proiectul de aselenizare).

Fig. 3 Oasele lui Napier
Prima ma șină care a fost construit ă este probabil ceasul de calculat,
numită astfel de inventator, germa nul Wilhelm Schickard în 1623.
Dispozitivului i s-a f ăcut o publicitate redus ă datorită morții premature a
inventatorului.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
5

Fig. 4 Ceasul de calculat al lui Wilhelm Schickard
În 1642, Blaise Pascal, la vârsta de 19 ani, a inventat Pascalina pentru
a-și ajuta tat ăl la colectarea taxelor. A construit 50 calculatoare bazate pe
angrenaje, cu o func ție, de adunare, dar n-a vândut multe datorit ă costului
mare și problemelor de acurate țe (atunci, imposibi l de fabricat roti țe cu o
precizie cerut ă). Vitezometrul (odometrul care m ăsoară distanța) mașinilor
de astăzi utilizeaz ă același mecanism ca Pascalina pentru incremenatre.
Fig. 5 Ma șina de calcul a lui Blaise Pascal
La câțiva ani dup ă Pascal, germanul Gottfried Wilhelm Leibniz a
construit un calculator cu 4 func ții (+,-,*,/) care în loc de roti țe avea

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
6tambururi cu caneluri (10 caneluri aranjate în circumferin ță într-o scar ă;
sistem de numera ție 10). Leibniz a murit s ărac.

Fig. 6. Ma șina de calcul inventat ă de Leibnitz
În 1801, francezul Joseph Marie Jacquard a inventat un r ăzboi de țesut
cu urzeală bazat pe citirea automat ă a unui șablon din fi șe de lemn perforat
(“card” sau cartel ă găurită) ținute împreun ă prin sfori.
În 1822 englezul Charles Babbage și-a propus s ă construiasc ă o
mașină de calcul bazat ă pe aburi de dimensiunea unei camere, capabil ă să
calculeze tabele de numere, precum cele logaritmice. A primit bani de la guvern pt. proiect (important pentru tabelele de naviga ție). Mașina era
destinată calculului tabelelor pentru naviga ție și urma sa foloseasc ă metoda
diferențelor finite. Babbage a început s ă-și proiecteze „Ma șina analitic ă” în
1837, dar nu a reu șit să o construiasc ă pînă la moartea sa, din cauza
limitărilor tehnologice ale vremii. Cu toate acestea, o ma șină construit ă în
1991 dup ă schițele sale s-a dovedit a func ționa perfect. Ideile lui Babbage
erau atât de revolu
ționare pentru vremea sa încât n-au fost în țelese decât de
o singură persoană dintre contemporanii s ăi. Aceasta era matematiciana Ada
Lovelace, cea care a și scris primul program pentru Ma șina analitic ă a lui
Babbage, r ămânînd astfel în istorie ca primul programator.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
7

Fig. 7 Calculatorul difen țial al lui Babbage
Spre sfâr șitul secolului XIX au fost construite primele ma șini
electromecanice de calculat. În anul 1896 – Herman Hollerith, care anterior
inventase o ma șină comercial ă cu cartele perforate pentru calcul, sortare, și
catalogare a cantit ăților mari de date, a înfiin țat "The Tabulating Machine
Company " pentru a fabrica echipam entul inventat de el. În 1911 aceast ă
companie s-a unit cu altele și a format "Computing-Tabulating-Recording
Company" redenumit ă în 1924 "International Bu siness Machines” (IBM).
Este interesant de men ționat ca prototipul ma șinii de sortare și catalogare
construit de Hollerith, a fost folosit în calcularea rezultatelor pentru recensământul popula ției SUA din 1890.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
8
Fig. 8 Ma șina de calcul și sortare a lui Herman Hollerith
În 1930 – începe produc ția de mas ă a mașinilor electromecani ce de calculat
cu cele patru opera ții aritmetice elementare. În tre 1937 – 1945 în SUA s-au
dezvoltat mai multe ma șini electromecanice de calculat, ce utilizau relee
electromagnetice, majoritatea func ționând în aritmetic ă zecimal ă, deși
electromagnetul putea fi suport pentru aritmetica binar ă. Astfel, Howard
Aiken fizician la Universitatea Harv ard a propus în 1937 proiectul unui
calculator electromecanic de uz ge neral, bazat pe principiile enun țate de
Charles Babbage. Construc ția calculatorului, numit MARK 1, a început în
1939 și s-a terminat în 1944. Programul era stocat pe band ă de hârtie
perforată, sau pe cartelele de comand ă. ABC: prima ma șină complet-
electronic ă (J. V. Atanasoff, C lifford Berry, 1937), rezolv ă 29 ecuații cu 29
necunoscute, prima ma șină cu stocare pe un mediu similar cu DRAM-ul
actual, prima utilizare a aritmeticii binare ma șina nu era programabil ă și nu
a permis ramificarea, fiind ulterior abandonat ă.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
9
Fig. 9 Calculatorul electromecanic MARK 1

Fig. 10. ABC – calculatorul Atanasoff-Berry

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
10În 1936 Alain Turing descrie ma șina ce îi poart ă numele: ma șina
Turing. Acestea sunt ni ște mecanisme extrem de elementare de dispozitive
de prelucrare a simbolurilo r care – în ciuda simplit ății lor – pot fi adaptate
pentru a simula logica oric ărui calculator ce poate fi construit. Conceptul
original de ma șină Turing reprezint ă o persoan ă virtuală executând o
procedură bine definit ă, schimbând con ținutul căsuțelor unui tablou infinit
(vizualizat sub forma unei "benzi" infinite), plasând în aceste casu țe
simboluri luate dintr-un ansamblu finit de simboluri. Pe de alt ă parte,
această persoană trebuie s ă memoreze "starea" în care se afl ă sistemul
(sistemul "persoan ă" poate ocupa un num ăr finit de "st ări"). Procedura poate
fi exemplificat ă de o manier ă foarte simpl ă printr-o list ă de instruc țiuni, de
genul: „dac ă sunteți în starea 42 și dacă simbolul din c ăsuța pe care o privi ți
este '0', atunci înlocui ți acest simbol printr-un '1', trece ți în starea 17, și
priviți căsuța alăturată (dreapta sau stânga) .

Fig. 11 Ma șina Turing

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
11O mașină Turing este echivalent ă cu un automat cu stiv ă modificat
prin relaxarea constrângerii ultimul intrat–primul ie șit a stivei acestuia.
(Interesant este c ă această relaxare aparent minor ă permite ma șinii Turing s ă
execute o larg ă varietate de calcule, astfel încât ea poate servi ca model
pentru capabilit ățile computa ționale ale tuturor software-urilor moderne.). În
1938 Konrad Zuse a construit, în Ge rmania, calculatorul electromecanic,
numit Z1, care utiliza aritmetica binar ă în loc de cea zecimal ă. În 1941 Zuse
realizează o variant ă îmbunătățită a calculatorului s ău, pe care o nume ște Z3
și care se consider ă că a fost primul calculator opera țional de uz general
controlat prin program. Unitatea aritmetic ă era construit ă cu relee și utiliza
reprezentarea numerelor în virgul ă mobilă.

Fig. 12 Calculatorul Z1 realizat de Konrad Zuse
Prima genera ție de calculatoare electronice s-a bazat pe tuburi

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
12electronice. 1904 – inve ntarea tubului electr onic (dioda) de c ătre John
Fleming, men ționat aici ca prim dispozitiv electronic ce va permite apari ția
calculatoarelor electronice.

Fig. 13 John Fleming și dioda cu vid
Lee De Forest este inventatorul triodei cu vid, pe care o denume ște
„audion” și o descrie în patentul ob ținut în 1906 ca „un dispozitiv cu trei
electrozi pentru amplificarea curen țiilor electrici foarte slabi”.

Fig. 14. Lee de Forest și trioda cu vid

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
13În 1943 la Universitatea din Pennsylvania a început construc ția
primului calculator bazat pe tuburi electronice, numit ENIAC (Electronic
Numerical Integrator And Comput er). Proiectarea a fost condus ă de Presper
Eckert și John Mauchly. La proiect au mai lucrat: Chuan Chu la
împărțire/rădăcină pătrată, Kite Sharpless ca program ator principal, Arthur
Burks la înmul țire, Harry Huskey la citire/imprimare, Jack Davis la regi ștrii
acumulatori și Iredell Eachus Jr. Calculat orul avea 17468 de tuburi
electronice, aproximativ 7200 de diode semiconductoare, 1500 de relee,
70000 de rezisten țe, 10000 de condensatoare și circa 5000000 de conexiuni
realizate prin lipire manual ă, cântărind 27 tone și consumând circa 150kW.
A fost finan țat și folosit de c ătre armata SUA pentru generarea automat ă a
tabelelor balistice. Era cel mai rapid calculator construit pân ă atunci, putând
realiza cam 5000 de opera ții de adunare într-o secund ă. ENIAC a fost
construit pentru a func ționa în aritmetic ă zecimală. Pentru memorarea în
acumulatori a unei cifre zecimale se util iza un cerc constând din 10 bistabile
cu tuburi. Contorul circular cu tuburi electronice er a echivalentul ro ților
contoare mecanice din genera țiile anterioare de ma șini de calcul. Ma șina
putea efectua opera ții de adunare și scădere, dar avea unit ăți suplimentare
pentru înmul țire, împărțire și rădăcină pătrată. Programarea se f ăcea manual
prin comutatoare și cuple pentru cabluri de leg ătură la diferite module. De
exemplu pentru adunarea a dou ă numere din acumulatoarele A1 și A2
trebuia stabilit ă manual o cale de date între A1 și A2. Introducerea datelor se
făcea prin cartele perforate. Ca lculatorul mai cuprindea ni ște memorii
speciale, numite tabele de func ții, utilizate pentru stocarea tabelelor și
constantelor. Rezultatele se ob țineau fie pe cartele perforate, fie la ma șina
electrică de scris. Datele și programele erau stocate separat. ENIAC a fost
terminat dup ă război (1946) și a funcționat până în 1955.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
14
Unitate de
multiplicare Unitate de
împărțire Tabele de
funcții
Unitate de
programare Cititor de
cartele Imprimant ă
A1 A2 A20 Perforator de
cartele
Unitate de
control
Accumulatori Date
Sincro
Control
Fig. 15 Structura calculatorului ENIAC
Proiectan ții ENIAC-ului au continuat separat s ă realizeze 2 noi
modele de calculatoare cu program stocat: EDVAC (Presper Eckert, John
Mauchly) și IAS (John von Neumann). Nici unul nu a ajuns s ă fie funcțional
însă modelul IAS a constituit un prototip pentru variantele urm ătoare.
Primul model func țional de calculator cu progr am stocat a fost EDSAC,
construit de Maurice Walk es (Cambridge) între 1947 și 1949.

Fig. 16 EDVAC

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
15John von Neumann împreun ă cu echipa sa a elaborat un model comun
pentru calculatoarele electronice. Un program poate fi memorat în form ă
digitală în memoria calculatorului împreun ă cu datele asociate, iar aritmetica
zecimală poate fi înlocuit ă cu aritmetica binar ă. Modelul von Neumann
(figura 9) are 5 componente.

Memorie
Unitate de
control Unitate
logică și
aritmetică
Acumulator
Intrare Ie șire
Unitate central ă
de procesare

Fig. 17 Arhitectura calcul atorului Von Neumann
Instrucțiunile și datele sunt aduse din memorie și sunt procesate de
către unitatea aritmetic ă și logică (UAL) – eng. Arithmetic and Logic Unit
(ALU) – sub coordonarea unit ății de control (UC) – eng. Control Unit (CU).
Acest ansamblu formeaz ă unitatea central ă de procesare (UCP) – eng.
Central Processing Unit (CPU). Pentru a- și realiza func țiile, atât UAL cât și
UC au în componen ță locații de stocare numite regi ștri. Registrul tampon al
memoriei (Memory buffer register) p ăstrează temporar data ce va fi stocat ă
în memorie sau cea care este citit ă din aceasta. Registrul de adres ă a
memoriei (Memory address register) este înc ărcat cu adresa loca ției de
memorie unde va fi sc ris/citit cuvântul urm ător. Registrul instruc țiune
(Instruction register) memoreaz ă codul instruc țiunii pe durata execu ției ei.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
16Registrul instruc țiune tampon (Instruction buffer register) re ține temporar
următoarea instruc țiune ce va fi executat ă. Numărătorul de program
(Program Counter) con ține adresa urm ătoarei instruc țiuni ce va fi adus ă din
memorie. Acumulatorul (Accumulator) re ține temporar operanzii și
rezultatul din UAL. Registrul câtul multiplic ării (Quotient multiplier) re ține
cei mai pu țin semnificativi bi ți ai rezultatului unei multiplic ări.
Instrucțiunile sunt executate secven țial, una câte una, în ordinea citirii lor
din memorie. Dac ă instrucțiunea curent ă este una de salt, atunci urm ătoarea
instrucțiune nu va fi cea care-i urmeaz ă în memorie, ci instruc țiunea aflat ă
în memorie la adresa de salt.
Această generație se caracterizeaz ă prin:
– realizare cu tubur i electronice ce implic ă un consum mare de energie
– structură serie
– set de instruc țiuni redus (10-20)
– set minimal de periferice – memorie mic ă și lentă de tip tambur magnetic (1000-4000 de
cuvinte)
– conexiuni prin fire – viteză redusă de operare (sute-mii de opera ții pe secund ă
)
– raport t înmulțire/tadunare =20
– programare în cod ma șină.
A doua genera ție de calculatoare a fost posibil ă datorită apariției
tranzistorului. Acesta a fost inventat în anul 1947 de c ătre o echip ă de la
Bell Laboratories condus ă de William Schockley. Datorit ă faptului c ă era
mult mai mic și consuma mai pu țină energie, acesta a înlocuit în cel mai
scurt tubul electronic. Primul model de calculator a fost elaborat la MIT
(TX-0) și a fost urmat la scurt timp de TX-2. Unul din cei care au participat

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
17

Fig. 18. William Schockley
la realizarea acestora a fondat o companie (DEC – Digital Equipment
Corporation), iar primul calculator a ap ărut în 1961. Aces ta se numea PDP-
1, era pe 18 bi ți, avea 4 k de memorie, ciclul ma șină dura 5s și costa circa
120.000 de dolari.

Fig. 19 Calculatorul PDP1

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
18În același timp, IBM a scos un model IB M-7090 (varianta tranzistorizat ă a
lui IBM-709), pe 32 de bi ți, cu 32 k de memorie și un ciclu de instruc țiune
de 2.18s.

Fig. 20 IBM – 7090 într-un centru NASA; PDP-8
Astfel a ap ărut industria calculato arelor. Peste numai câ țiva ani a
apărut PDP-8, pe 12 bi ți, care costa doar 16.000 dolari. IBM a construit și
ea noi modele în anii ‘60 (7094 – 32k memorie, 36 bi ți, 1.4 s și modelul
1401 ca variant ă simplificat ă.). IBM introduce un num ăr mare de periferice.
Se remarc ă un canal de date car e este gestionat de un procesor propriu ce
execută instrucțiunile de I/O, degrevând proces orul de un timp de procesare.
O altă noutate este multiplexorul. Acesta constituie leg ătura dintre canalele
de date, memorie și procesor. Spre deos ebire de IBM, inven ția DEC a fost
omnibus-ul ca magistral ă unică. Unitatea logic ă și aritmetic ă și unitatea de
control au fost asimilate într-un singur bloc: unitatea central ă de procesare
Magistrala omnibus este o cale comun ă partajată de componentele
sistemului și este alc ătuită din 3 părți: magistrala de date – care transfer ă
informația, magistrala de adres ă – care specific ă unde este trimis ă
informația și magistrala de control – care stabile ște cum este transmis ă

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
19informația.

CPU
Memorie
I/O
Magistral ă de date
Magistral ă de adrese
Magistral ă de control

Fig. 21 Omnibus
În 1964 CDC a scos pe pia ță CDC6600 care era de 10 ori mai rapid ă
decât 7904 și era bazat ă pe paralelism, înglobând mai multe unit ăți de
procesare. În timp ce unitatea central ă de procesare era dedicat ă calculelor ,
managementul I/E era realizat de unit ăți de procesare locale.

Fig. 22 Calculatorul CDC6600

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
20Generația a 2-a de calculatoa re este caracterizat ă de:
– memorii pe ferit ă (timp de acces de 2-12 s)
– bazate pe tranzistoare – dimensi uni mai mici, consum redus, vitez ă
mai mare
– raport t înmulțire/tadunare =10
– conexiuni pe cablaj imprimat – circuite tipizate – sistem de echipamente periferice evoluat (benzi magnetice de
înregistrare, imprimante, afi șare pe tub catodic
– limbaje de programare: Fortran, Cobol, Algol A treia genera ție de calculatoare se bazeaz ă pe circuite integrate
(1965-1980). Primul circuit integrat a fost realizat de Robert Noyce, angajat
al Texas Instruments în 1958. Inven ția inițială conținea doar un etaj de
amplificare cu un tranzistor și îngloba câteva diode, rezisten țe și capacități
într-o structur ă planară pe un chip de Si.

Fig. 23 Robert Noyce și primul circuit integrat
În anul 1959 John Atalla și Dawon Kahng de la Bell Labs realizeaz ă

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
21primul tranzistor func țional cu efect de câmp, rezolvând problema sarcinilor
de suprafa ță ce blocau p ătrunderea câmpului electric în semiconductor.

Fig. 24 Primul tranzistor cu efect de câmp
Fairchild Semiconductor, prin Frederico Faggin, realizeaz ă primele
circuite integrate cu por ți auto-aliniate (self aligned gates) care vor sta la
baza circuitelor CMOS.

Fig. 25 Primul circuit integrat cu tranzistoare cu por ți de Si
Primele circuite integrate con țineau pân ă la 10 tranzistoare (tehnologia

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
22SSI – Small Scale Integration). Abia spre sfâr șitul anilor ’60 num ărul
tranzistoarelor a evoluat la câteva sute (MSI – Medium Scale Integration).
Astfel 1K-bit de RAM sau primul microprocesor avea cca 4000 de tranzistoare. Pe la mijlocul anilor 70 la peste 10000 (LSI – Large Scale Integration) aducând a doua genera ție de microprocesoare. Un calculator
digital, așa cum îl știm azi este structurat din por ți logice și memorii, pe
baza lor putându-se realiza stoc area, transferul, procesarea și controlul
datelor. Leg ătura dintre dispozitivele cu por ți logice și memorii este
realizată de căile de date și de căile de control. Evolu ția tehnologic ă a cerut
tot mai multe componente, astfel c ă evoluția numărului de tranzistoare pe un
chip s-a dublat în fi ecare an. Astfel a ap ărut faimoasa lege a lui Moore,
cofondator a lui Intel în 1965. El a observat aceast ă evoluție a numărul de
tranzistoare și a prezis ca aceast ă tendință va continua și în viitor.

Fig. 26 Legea lui Moore (Wikipedia)

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
23Consecințele acestei legi sunt importante:
– costul circuite lor integrate a r ămas constant,
– crește viteza de operare datorit ă scurtării traseelor
– micșorarea dimensiunilor dispozitivelor și echipamentelor
– scăderea puterii consumate
– creșterea fiabilit ății,
IBM a trecut la realiz area calculatoarelor cu circuite integrate sub
forma unei singure linii de produse: Sy stem 360 cu 5 modele ce difereau
prin performan țe și cost. Ciclul unei instruc țiuni varia de la 1 s la 0.2s iar
memoria de la 64K la 512K. O inova ție majoră a acestor ma șini a fost ideea
de multiprogramare: mai multe programe ruleaz ă în același timp, astfel încât
atunci când unul a șteaptă execuția unei opera ții I/O, altul poate fi executat.
În plus aceste modele puteau emula modelele mai vechi (1401 și 7049).
Firma DEC a continuat cu noile modele PDP-11.

Fig. 27 Calculatoarele System 360 și PDP 11
Caracteristicile genera ției a 3-a pot fi sintetizate prin:
– utilizarea circuitelor SSI – utilizarea memoriilor semiconducto are cu timpi de acces de 0.5 –
1.75s

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
24- raport t înmulțire/tadunare =10
– memorii externe de capacitate mare (1MB) – limbaje de programare de nivel în alt (PL1, Algol 60/ 68, Fortran IV,
Fortran V, Cobol, LISP) – periferice evoluate Generația a patra începe undeva la înce putul anilor ’80, f ără a exista
un consens general asupra num ărului de genera ții de calculatoare. Chip-urile
au evoluat odat ă cu creșterea num ărului de tranzistoare (LSI, VLSI).
Apariția primului microprocesor integr at pe un chip a deschis o nou ă eră.
Dacă în 1971 ap ărea primul I4004 pe 4 bi ți, la numai 3 ani Intel scotea pe
piață I8080 și peste 6 ani I8086 pe 16 bi ți. Primele procesoare pe 32 de bi ți
au fost scoase pe pia ță de Bell Laboratories și de HP în 1981, urmate de
Intel în 1985 (I80386).

Fig. 28 Intel 4004 – schema bloc

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
25
Fig. 29 Intel 80386 – schema bloc
Primele calculatoare erau vândute sub form ă de kit-uri ce con țineau
placa de baz ă, circuitele integrate, pr ocesorul (I8080 sau Z80) și eventual o
unitate de dis k. Ulterior a ap ărut sistemul de operare CP/M ce s-a r ăspândit
imediat pe sistemele cu I8080. Un alt calculator de referin ță a fost Apple
proiectat de Steve Jobs și Steve Wozniak. Apple I era o ma șină de amatori,
cu un microprocesor de 25 de dolari (MOS 6502) pe o plac ă cu circuit unic
și 256 de octe ți de ROM, 4 sau 8 KB de RAM și un controller de afi șaj
pentru 40 de caractere x 24 de rânduri. Nu avea carcas ă, sursă de alimentare,
tastatură sau afișaj, acestea trebuiau furnizate de utilizator. Apple I costa
666,66 dolari. Începând cu modelul Apple II Wozniak a introdus grafica de
înaltă rezoluție, acesta putând afi șa nu doar litere ci și imagini. Pe lâng ă
proiectarea hardware-ului, Wozniak a scris mare parte din software-ul furnizat ini țial cu Apple. A scris un interpretor de limbaj de programare, un

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
26set de instruc țiuni pentru un procesor virtual pe 16 bi ți denumit SWEET 16,
un joc Breakout (care a fost motivul ad ăugării funcției de sunet la
calculator), codul necesa r pentru controlul unit ății de disc, și altele.

Fig. 30 Apple I și Apple II
În aceea și perioad ă IBM a intrat pe pia ța calculatoarelor cu
calculatorul personal IBM bazat pe I8080. În scurt timp a devenit cel mai
vândut calculator din lume.

Fig. 31 IBM PC
IBM nu a men ținut secretul proiectului noii ma șini ci a făcut publice
schemele printr-o carte care costa 49$. Multe companii au început s ă
producă acest gen de calculatoare. De și existau și alte companii care
produceau calculatoare bazate pe alte procesoare (Commodore, Atari,

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
27Amiga), acestea au fost scoase de pe pia ță. Versiunea ini țială a IBM-PC era
dotat cu MS-DOS ca sistem de operare , dezvoltat de Microsoft Corporation.
Tot mai multe companii au început s ă dezvolte soft pentru aceste
calculatoare, amplificându-i succesul. Ulterior Microsoft a dezvoltat OS/2 și
mai apoi Windows, sistem de operare care s-a impus definitiv. Acesta a
generat și o serie de procese între Microsoft și Apple datorit ă interfeței
grafice similar ă cu cea a calculatoarelor Apple. Apple a pierdut procesul iar
Microsoft și-a continuat ascensiunea.
Pe lângă procesoarele tip CI SC (Complete Instruc tion Set Computing)
așa cum erau I8080 și I8086, au ap ărut și alte structuri precum RISC
(Reduced Instruction Set Co mputing) sau superscalar.

Arhitectura calculatoarelor 1. Istoricul calculatoarelor
28