Page 6 - arhitectura calculatoarelor

6
ARHITECTURA CALCULATOARELOR

1.1.4.
Structura ierarhică de organizare a calculatorului
Din punctul de vedere al rolului fiecărei resurse a sistemului de calcul
putem privi organizarea internă a calculatoarelor moderne pe două sau mai
multe nivele. Fiecare nivel este construit pe baza predecesorului său şi
reprezintă o abstractizare distinctă, cu obiecte şi operaţii specifice.
In general, se pot identifica următoarele şase nivele conceptuale:
Nivelul 0. Nivelul logic digital. La acest nivel interesează porţile
logice care intră în structura fiecărei componente interne a calculatorului.
Fiecare poartă este construită dintr-un număr mic de tranzistoare. Câteva
porţi pot fi combinate pentru a forma un bistabil (o memorie de 1 bit), care
poate stoca 0 sau 1. Memoriile de 1 bit pot fi combinate pentru a forma
regiştri. In acest curs, nivelul logic digital este subiectul capitolului al doilea.
Nivelul 1. Nivelul microarhitecturii. La acest nivel calculatorul este o
colecţie de regiştri (care formează memoria locală) şi un circuit capabil să
execute operaţii aritmetice şi logice (numit UAL, unitate aritmetico-logică).
Regiştri sunt conectaţi la UAL pentru a forma o cale de date (engl. datapath)
prin care se transferă datele între regiştrii şi UAL. Operaţia de bază la nivelul
căii datelor este selecţia regiştrilor asupra cărora operează UAL. După felul în
care este controlat transferul datelor deosebim maşini de calcul cu control
microprogramat sau maşini de calcul cu control bazat şi pe circuite ale
componentelor hardware.
Nivelul 2. Nivelul arhitecturii setului de instrucţiuni sau nivelul ISA
(engl. Instruction Set Architecture). Fiecare producător de calculatoare publică
un manual pentru maşinile pe care le vinde, manual care se referă la acest
nivel ISA, dar nu şi la nivelele de dedesubt. In acest manual producătorul
descrie limbajul maşinii pe care o vinde, adică setul de instrucţiuni maşină
recunoscute de maşina respectivă şi pe care, implicit, aceasta le poate
executa. Această descriere constă în detalierea instrucţiunilor executate în
mod interpretat de către componenta de control (microprogram sau circuite
hardware).
Nivelul 3. Nivelul maşină al sistemului de operare. La acest nivel se
detaliază structura şi funcţiile sistemului de operare al maşinii. Faţă de nivelul
ISA, sunt adăugate instrucţiuni noi, există o organizare diferită a memoriei, se
remarcă posibilitatea execuţiei paralele şi/sau concurente a programelor
(task-urilor).
Observaţie. In general, nivelele de la 1 la 3 nu sunt proiectate pentru a
fi utilizate de programatorul obişnuit. Ele sunt un suport pentru aplicaţiile
dezvoltate la nivele superioare de către programatorii de aplicaţii. O altă
diferenţă importantă între nivelele 1-3 pe de o parte şi nivelele 4,5 pe de altă
parte este natura limbajului oferit. Limbajele maşină ale nivelelor inferioare
sunt numerice (programele sunt secvenţe greoaie de numere binare), în timp
ce programele dezvoltate la nivelele superioare folosesc limbaje care conţin
cuvinte uzuale sau abrevieri uşor de înţeles.
Nivelul 4. Nivelul limbajului de asamblare. Acest nivel oferă
programatorilor posibilitatea de a scrie programe pentru nivelele inferioare
Anca Vasilescu
vasilex@info.unitbv.ro