Arhitectura calculatoarelor

I Introducere

Arhitectura calculatoarelor trateaza comportarea functionala a unui calculator asa cum este vazut

acesta de catre programator. Acest punct de vedere include aspecte ca marimea si tipul datelor

(deexemplu folosirea a 16 biti pentru a reprezenta un întreg) si tipul operatiilor pe care le suporta

sistemul (ca aditie , substractie, call subrutina).

Organizarea calculatorului trateaza relatia structurala, care nu este vizibila pentru programator,

între elementele sistemului (de ex. interfetele cu dispozitivele periferice, tipul si tehnologia

folosita pentru memorii etc.)

Cursul va trata atât arhitectura cât si organizarea calculatoarelor prin termenul de “arhitectura’

facându-se referire la ambele, arhitectura si organizare.

Exista conceptul de nivele în arhitectura calculatorului. Ideea de baza este aceea ca exista mai

multe nivele de pe care un calculator poate fi privit, de la nivelul cel ma i înalt, de la care

utilizatorul ruleaza programe, pâna la nivelul cel mai de jos, constând din tranzistoare, rezistente

si fire.

Înainte de a discuta aceste nivele, vom trece în revista un scurt istoric al sistemelor de calcul

pentru a avea o perspectiva a evolutiei în timp a acestora.

1.1 Scurt istoric

Au existat unele dispozitive mecanice pentru controlul operatiilor complexe înca din anii 1500,

când cilindrii rotitori cu cama erau folositi pentru cutii muzicale, asa cum le cunoastem astazi.

Blaise Pascal (1923–1662) a construit o masina de calcul functionala pe când avea doar 19 ani

(1642) pentru a-l ajuta pe tatal sau, colector de taxe al guvernului francez. Masina era în

întregime mecanica si putea sa faca numai adunari si scaderi si exista si în ziua de astazi.

Treizeci de ani dupa aparitia calculatorului “Pascaline”, Gottfried Willelm von Leibnitz (1646 –

1716) a construit o alta masina masina mecanica compatibila sa faca înmultiri si împartiri. De

fapt, Leibnitz a reusit sa construiasca echivalentul unui calculator de buzunar cu patru operatii,

cu trei secole în urma.

Charles Babbage (1792–1871), prof de matematica la Universitatea din Cambridge, inventatorul

vitezometrului, a proiectat si a construit masina de calcul a diferentelor (the difference engine).

De fapt, el nu a construit niciodata o varianta practica a masinii pe care o proiecta se. Babbage a

trait în Anglia în perioada în care tabelele matematice erau utilizate în navigatie si activitati

stiintifice. Masina a fost proiectata sa faca doar adunari si scaderi. Tabelele erau calculate

manual si contineau erori. Scopul a fost de a crea o masina care sa poata calcula tabele folosind

un singur algoritm, si anume, metoda diferentelor finite folosind polinoame. Aceasta masina

avea si un dispozitiv de iesire-stanta rezultatul- fiind astfel un procursor al mediilor periferice

unic inscriptionabile de mai târziu (cartele perforate sau CD-ROM-uri). Succesul acestei masini

l-a determinat sa se dedice unei alte masini-analytical engine-care a fost construita si cu sprijinul

guvernului. Aceasta poseda un dispozitiv pentru “branching” (luarea deciziilor) si mijloace

pentru programare. Masina analitica avea 4 componente: magazia (memoria), moara (unitatea de

calcul), sectiunea de intrare (cititorul de cartele perforate) si sectiunea de iesire (iesirea perforata

si imprimata). Masina citea instructiunile de pe banda perforata si le executa. De exemplu puteau

fi extrase doua numere din magazie, sa fie aduse în moara si prelucrate (adunate de exemplu) si

sa trimita rezultatul din nou în magazie. Putea efectua salt conditionat în functie de felul

numarului-pozitiv sau negativ. Prin perforarea a diferite programe, masina putea efectua diverse

calcule (lim, , etc). Deoarece masina era programabila (magazia avea 1000 cuvinte a câte 50

de cifre zecimale) avea nevoie de software. Pentru a produce acest software Babbbage a angajat

o tânara, Ada Augusta Lovelace, fica poetului Lord Byrom. Astfel Ada Lovelace a devenit

primul programator de calculatoare din lume. Limbajul Ada a fost numit astfel în onoarea ei.

Marele dezavantaj al acestei mas ini era acela ca nu a putut fi pusa la punct în întregime datorita

tolerantelor mecanice imposibil de realizat cu tehnologia secolului XIX.

La sfârsitul anilor '30, un student german, Konrad Zusse, a construit o serie de masini de

calcul automat folosind relee electromagnetice. Zusse nu a cunoscut masinile lui Babbage si

realizarile sale au fost distruse în timpul bombardamentelor aliatilor asupra Berlinului în 1944,

deci munca lui nu a influentat masinile ce au urmat.

În aceasi perioada au mai existat si alte proiecte ale unor masini de calcul cu relee.

- John Atanasoff – de la State College of Iowa,

- George Stib litz – de la Bell Laboratories,

- Howard Aiken – de la Harvard – Mark I – 1944. Când a finalizat Mark II calculatoarele

cu relee erau deja depasite.