Arhitectura calculatoarelor

Cap1. ARHITECTURA SISTEMELOR DE CALCUL

O posibila clasificare a sistemelor de calcul se poate face dupa modul în care se face prelucrarea informatiei. Dupa acest criteriu putem avea:

a. sisteme cu un singur procesor atunci când se foloseste o singura unitate centrala de prelucrare (se foloseste prescurtarea CPU – Central Processing Unit).

b. sisteme multiprocesor atunci când în scopul cresterii vitezei de prelucrare se adauga înca un procesor, de exemplu coprocesorul matematic sau se cupleaza mai multe procesoare identice care pe lânga cresterea vitezei maresc fiabilitatea sistemului, sarcinile unui procesor defectat fiind automat preluate de un alt procesor.

c. retele de calculatoare care formeaza sisteme informationale distribuite pe distante mari si au un caracter aparte din punctul de vedere a proiectarii si functionarii.

Un model de arhitectura pentru un sistem de calcul care este folosita în analiza si proiectarea sistemelor de calcul a fost introdusa de savantul american John von Neumann ca rezultat al participarii sale la constructia în anii 1944 – 1945 a calculatorului ENIAC în S.U.A. Aceasta este cunoscuta în literatura de specialitate ca arhitectura von Neumann.

1.1. Arhitectura generalizata von Neumann

Dupa cum se observa în figura 2.1., un sistem de calcul este format din 3 unitati de prelucrare care sunt conectate între ele prin 3 cai (numite bus-uri) separate de transfer a informatiei.

Fig. 1.1.

Vom analiza pe scurt scopul acestor elemente.

A. Unitatea centrala de prelucrare (CPU – Central Processing Unit) are rolul de a extrage instructiunile (care sunt de fapt comenzile programului ca aduna, scade, verifica semnul rezultatului, etc.) memorate într-un dispozitiv de stocare numit memorie, de a decodifica aceste instructiuni si apoi de a prelucra datele care sunt cerute de instructiuni. Rezultatele acestor prelucrari pot fi depozitate într-un registru intern al C.P. U., sa fie depus într-o locatie de memorie sau trimis la un dispozitiv de intrare / iesire (I/O – input/output).

Se observa ca executia unei instructiuni presupune executia urmatoarei secvente de actiuni:

a. Depunerea pe busul de adresa a unei informatii care localizeaza adresa de memorie ce contine câmpul de cod al instructiunii (secventa de ADRESARE).

b. Citirea codului instructiunii si depunerea acestuia într-un registru intern al decodificatorului de instructiuni. Aceasta informatie este vehiculata pe busul de date (secventa de LECTURA).

c. Decodificarea codului instructiunii în urma careia CPU va cunoaste ce instructiune are de executat si ca urmare pregateste modulele ce vor participa la instructiunea respectiva (secventa DECODIFICARE)

d. Executia efectiva a operatiei specificate de de instructiune (adunare, scadere, salt, etc.) – secventa de EXECUTIE.

Se continua cu extragerea instructiunii urmatoare si trecerea ei prin secventele amintite s.a.m.d.

Sincronizarea operatiilor amintite se realizeaza prin generarea unui set de informatii pe magistrala de comenzi.

B. Unitatea de memorie în cadrul arhitecturii von Neumann are rolul de a stoca instructiunile pentru CPU, precum si datele asupra carora vor opera instructiunile (operanzii ). Aceste instructiuni trebuie sa fie memorate anterior începerii desfasurarii programului de prelucrare. Deasemeni unele date se vor memora anterior pornirii prelucrarii iar rezultatele prelucrarii se memoreaza în timpul executiei programului. Aceasta memorie, realizata în diverse tehnologii de-a lungul evolutiei calculatoarelor constituie suportul fizic necesar desfasurarii operatiilor executate de CPU.