Arhitectura calculatoarelor

1.1. Sistemul de calcul

1.1.1. Definiţii

Sistemul de calcul (SC, System Computer sau calculator) este reprezentat de o structură destinată prelucrării datelor. Adesea, un SC este descris prin cele două subsisteme componente: hardware şi sistemul software. Partea hardware constă din toate componentele electronice care alcătuiesc partea fizică a SC. Sistemul software constă din instrucţiuni şi date pe care SC le prelucrează pentru a executa diversele cerinţe ale utilizatorului. O secvenţă de instrucţiuni ale SC se numeşte program. Datele prelucrate de SC constituie baza de date. Totalitatea componentelor sistemului de calcul solicitate de programe pentru executarea lor poartă numele de resurse. Concret, SC este format din: resurse fizice, resurse logice şi resurse informaţionale. Avem următoarele corespondenţe:

− hardware = resurse fizice, adică procesoare, memorii, dispozitive de intrare/ieşire,

− software = resurse logice. Acestea se împart în software pentru sistem (systems software) şi software pentru aplicaţii (applications software). Soft ul pentru sistem constă în aplicaţiile sistem care oferă servicii pentru uz comun. Din această categorie fac parte: sistemul de operare, compilatoarele, asambloarele, s.a. Soft ul pentru aplicaţii constă în aplicaţiile propriu zise, adică: programe utilitare, medii de programare, programele utilizatorilor. Aplicaţiile sistem sunt la graniţa dintre hardware şi aplicaţiile propriu zise.

Observaţie. Trebuie precizat că această clasificare este una relativă deoarece un anumit program nu este obligatoriu să facă parte exclusiv dintr o astfel de categorie. De exemplu, un compilator este o aplicaţie sistem, dar, mai mult, poate face parte dintr un sistem de operare, dacă este vândut împreună cu acesta şi depinde de acel sistem de operare. Un sistem de operare este un set de programe care gestionează toate resursele sistemului de calcul, astfel încât programele care funcţionează pe acel sistem să se execute la parametrii maximi (utilizare completă şi optimă).

− resurse informaţionale, adică suporturi de memorie externă pentru organizarea şi stocarea datelor.

1.1.2. Aplicaţiile sistemelor de calcul

Pe bună dreptate se spune despre calculator că este maşina care a revoluţionat lumea. Această afirmaţie o susţinem în continuare arătând diversitatea domeniilor în care calculatorul / procesorul este nelipsit.

Primul exemplu ar putea fi maşina automată destinată tranzacţiilor bancare (bancomatul). De neconceput în anii '50 — când cel mai ieftin

calculator costa 500.000 $ — astăzi, bancomatele te întâmpină la tot pasul, oferind servicii sigure, toate operaţiile fiind coordonate de un procesor central. In industria automobilelor, de când microprocesorul a scăzut spectaculos în volum şi i au crescut realmente performanţele (începutul anilor '80), procesorul este nelipsit în sistemele destinate scăderii poluării, a creşterii randamentului conbustibililor şi în controlul reacţiei pungilor de aer în cazul coliziunilor vehiculelor (air bag). Creşterea performanţelor calculatoarelor simultan cu micşorarea dimensiunilor componentelor interne a condus la posibilitatea dezvoltării unei industrii paralele, cea a calculatoarelor portabile (laptop uri). In sfârşit, dar nu în ultimul rând, este de remarcat larga răspândire a calculatoarelor pe masa de lucru a tot mai multor persoane. La acest aspect a contribuit, credem în mare măsură, şi tentaţia de a avea acces la populara reţea de comunicare şi informare care este Internet ul. In general, reţeaua Internet foloseşte aplicaţii WWW (World Wide Web), adică un set de programe care formează un sistem de comunicare bazat pe informaţii hypertext. WWW funcţionează prin comunicare de date pe baza unui model client/server. Prin hypertext înţelegem un sistem de grupare asociativă a informaţiilor rezidente pe mai multe servere Web, astfel încât să ofere utilizatorului senzaţia că el consultă un singur document. Limbajul de descriere a hypertext ului este HTML (HyperText Markup Language). Programele care permit vizualizarea (consultarea) paginilor Web sunt browser ele. Un browser este deci un client Web care are acces la informaţii multimedia şi multiprotocol oferite de serverul Web accesat. Dintre aplicaţiile frecvente ale WWW amintim: distribuirea ştirilor, înscrierea într un grup cu interese comune, consultarea unor note bibliografice sau referinţe ştiinţifice, comandarea şi trimiterea cadourilor prin cataloage on line, orientarea electronică pentru itinerariul de vacanţă, s.a.m.d. In plus, există marele avantaj al accesului de pe calculatorul de acasă pe orice alt calculator conectat la Internet. Astăzi, nimeni nu mai cară calculatoare…

1.1.3. Sistemul de calcul – din diferite puncte de vedere

Descrierea operaţiilor unui SC la nivel de hardware diferă în funcţie de scopul urmărit. Astfel, un SC poate fi privit cel puţin din trei puncte de vedere:

1. organizarea componentelor;

2. construirea;

3. arhitectura internă.

Organizarea SC se referă la cunoaşterea modului în care operează fiecare dintre componentele hard şi posibilităţile lor de interconectare astfel încât să formeze SC performant. Concret, din acest punct de vedere, trebuiesc descrise:

a) circuitele logice combinaţionale, secvenţiale şi/sau integrate care reprezintă structura internă a fiecărei componente hard;

b) modurile de reprezentare a datelor în memoria SC;

c) operaţiile fundamentale într un SC.

Construirea SC (design) se referă la acţiunea de determinare a tipului componentelor hard care trebuiesc folosite şi a tipurilor de interconectare a acestora, astfel încât SC construit să răspundă cerinţelor utilizatorului. Concret, din acest punct de vedere, trebuie să ne referim la:

a) modurile de reprezentare a instrucţiunilor;

b) controlul instrucţiunilor prin programe;

c) fundamentele limbajului maşină şi ale limbajului de asamblare.