Arhitectura sistemelor de calcul

Arhitectura sistemelor de calcul

Denumirea informatica de arhitectura se refera la structura si componentele fizice ale unui sistem de calcul. Cunoasterea acestora este indispensabila pentru a întelege cum functioneaza un calculator.

Calculatoarele electronice sunt capabile sa rezolve probleme complexe. Pentru a da rezultatele unei probleme, trebuie sa li se furnizeze datele asupra carora se opereaza (date initiale) si succesiunea ordonata de operatii ce se executa asupra datelor (algoritm) sub forma unui program. Un program este alcatuit din instructiuni într-un limbaj de programare, adica descrie un algoritm de calcul într-un limbaj pe care calculatorul îl "întelege" (poate fi tradus în limbajul specific masinii).

Prelucrarea datelor cu ajutorul calculatorului

Modelul din figura poate fi valabil atât pentru utilizatorii profesionisti care îsi proiecteaza programe de prelucrare proprii, cât si pentru utilizatorii are folosesc produse soft consacrate pentru realizarea prelucrarilor dorite (exista o gama foarte larga de programe pe care utilizatorii le pot folosi pentru a-si usura munca de obtinere a rezultatelor dorite). În plus, orice calculator "întelege" si este capabil sa execute anumite comenzi de baza, incluse în sistemul de operare.

Pentru a întelege structura fizica a unui calculator, este util sa urmarim mental schema de mai sus. Vom vedea ulterior ca de fapt partea dintr-un sistem de calcul care îl face accesibil unei game largi de utilizatori nu este partea sa fizica - hardware, pe care urmarim s-o descriem în continuare, ci tocmai partea de programe care i se ataseaza - software. Componentele soft indispensabile pentru exploatarea eficienta a calculatorului alcatuiesc sistemul de operare.

Astfel, orice calculator trebuie sa fie capabil sa memoreze informatii (date initiale, rezultate, programe) în unitatea de memorie (memoria interna), sa comande executia operatiilor prin unitatea de comanda si sa execute operatiile prin unitatea de calcul [Fre86]. Unitatea de comanda si unitatea de calcul alcatuiesc împreuna unitatea centrala sau procesorul calculatorului. Conexiunile dintre aceste componente urmaresc buna functionare a calculatorului. Pentru a realiza legatura dintre calculator si utilizator, apar dispozitive de introducere a datelor si extragere a rezultatelor; acestea se mai numesc echipamente de intrare-iesire sau dispozitive periferice.

Functionarea fizica a calculatorului se bazeaza în general pe doua stari electronice posibile, carora le corespunde unitatea elementara de informatie 0 sau 1 (1 bit - BInary Digit). Toate informatiile "circula" în calculator sub forma de 0 si 1, într-o reprezentare bine determinata.

Unitatea de memorie

Unitatea de memorie (memoria interna)pastreaza datele initiale, rezultatele intermediare si finale ale problemei, împreuna cu programul care descrie operatiile ce se executa.

Ca si realizare fizica, exista diferite tehnici care corespund evolutiei calculatoarelor: memorii din ferite, semiconductoare, circuite integrate.

Un element de memorie trebuie sa poata reproduce doua stari fundamentale, corespunzatoare lui 0 si 1, numit element bistabil [Fre86]. Memoria este organizata pe succesiuni de elemente bistabile care formeaza locatii de memorie; în fiecare locatie se memoreaza o data. Orice locatie se poate identifica prin pozitia ei, data de un numar numit adresa de memorie. O data, memorata la o anumita adresa, se va regasi într-un program prin intermediul numelui care i s-a atribuit, respectiv al variabilei careia i-a fost atribuita ca valoare. Deci numele unei variabile dintr-un program conduce la adresa locatiei unde se memoreaza data corespunzatoare; ea poate primi, în timpul executiei programului, mai multe valori, cea curenta fiind ultima introdusa în locatie (scrierea în memorie distruge vechiul continut). Folosirea variabilelor în programe le confera generalitate, în sensul ca algoritmul de calcul se descrie generic, pentru orice seturi de date. De exemplu, rezolvarea unei ecuatii de gradul al doilea va fi descrisa cu variabilele a, b, c, carora li se va putea da diferite seturi de valori la diferite executii ale programului, astfel putând fi rezolvata orice ecuatie concreta de gradul al doilea.