Arhitectura sistemelor de calcul

Introducere

Calculatorul sau sistemul de calcul este un dispozitiv care lucrează automat, sub controlul unui program memorat, acceptând şi prelucrând date în vederea producerii de informaţii.

Orice calculator are în esenţă trei părţi:

- hardware, adică partea de echipament a calculatorului;

- software, partea de programe;

- firmware, partea de microprograme.

Unele lucrări de specialitete privesc arhitectura din două puncte de vedere:

- din punctul de vedere al utilizatorului, arhitectura include în esenţă setul de instrucţiuni, interfeţele cu utilizatorii, modul de operare şi control al intrărilor-ieşirilor etc. Implementarea unei arhitecturi, din acest punct de veder, duce la o familie de calculatoare;

- din punct de vedere tehnic sau al proiectanţilor de echipamente, termenul de arhitectură se utilizează pentru descrierea naturii, configurării şi interconectării dispozitivelor sistemelor de calcul. Aceasta este accepţiunea generală a arhitecturii sistemelor de calcul.

1. STRUCTURA UNUI SISTEM DE CALCUL

Definiţie:

Un sistem de calcul este un ansamblu de componente hardware (dispozitive) şi componente software (sistem de operare şi programe specializate) ce oferă servicii utilizatorului pentru coordonarea şi controlul executării operaţiilor prin intermediul programelor.

Orice sistem de calcul (computer system) pentru a realiza funcţiile sale de bază trebuie să execute următoarele operaţii:

- introducere date (citire) - I

- memorare date şi instructiuni (reprezentare) - M

- prelucrare date si instrucţiuni (procesare) - P

- ieşire date (scriere) - O

John Von Newman a descris primul model arhitectural pentru calculator.

Din punct de vedere functional un sistem de calcul contine 7 blocuri componente redate in urmatoarea figura:

1.1 DISPOZITIVE DE INTRARE-IEŞIRE asigură comunicarea calculatorului cu mediul prin intermediul unor echipamente specializate, numite Dispozitive Periferice.

Aceste dispozitive sunt:-

- dispozitive de intrare;

- dispozitive de ieşire;

- dispozitive de intrare-ieşire:

- memoriile externe.

Dispozitivele de intrare - asigură transmiterea informaţiilor şi comenzilor către calculator prin operaţiade citire. Din această categorie fac parte: tastatura, mouse-ul, cititorul de cartele, creionul optic, stiloul electronic, scanerul, microfonul, etc. Informaţiile citite pot fi: texte, imagini, muzică, comenzi vocale, valori analogice.

Indiferent de tipul informaţiei, principiul de funcţionare al unui dispozitiv de intrare este acelaşi: preia informaţia, o împarte în unităţi conform unui algoritm propriu, codifică fiecare unitate într-o secvenţă de biţi şi transmite aceşti biţi procesorului.

Dispozitivele de ieşire - sunt folosite pentru a comunica utilizatorului rezultatele operaţiilor executate şi informaţii despre stare sistemului prin informaţii de scriere. Din această categorie fac parte: monitorul, imprimanta, ploterul, difuzorul. Aceste dispozitive primesc secvenţe de biţi de la procesor pe care le decodifică, astfel încât să poată fi înţelese de utilizator sub formă naturală.

1.2. CANALELE DE I/E- dirijeaza fluxul de informatii ce se transfera de la DP/ I catre DP /E.

1.3. MEMORIA INTERNA- In memoria interna sunt stocate programele si datele care sunt in lucru la un moment dat. Memoria interna este un depozit de informatie in care comenzile, semnalele, textele, numerele, imaginile, etc., sunt reprezentate in codificare binara. Pentru regasirea informatiei memoria interna a fost impartita in locatii de memorie care se identifica dupa o adresa unica.

1.4. UNITATEA ARITMETICA-LOGICA (UAL) reprezinta ansamblul de circuite electronice prin care se realizeaza prelucrarea datelor cerute prin instructiuni sau comenzi. Prelucrarea se face prin operatii aritmetice, logice si de comparare. Fiecare circuit este specializat sa realizeze un una din operatiile de baza.

1.5. UNITATEA DE COMANDA SI CONTROL coordoneaza si controleaza intreaga activitate de prelucrare la nivelul componentelor calculatorului. Acesta (UCC) executa instructiunile unui program (memorat in memoria interna la adrese succesive) astfel:

- extrage din memoria interna a calculatorului o instructiune din program;

- decodifica instructiunea pentru a afla ce operatie trebuie sa execute si ce date vor fi folosite;

- extrage din memoria interna datele necesare prelucrarii;

- activeaza circuitele electronice corespunzatoare din UAL pentru a executa operatia cu datele solicitate;

- scrie la o anumita adresa de memorie rezultatul obtinut in urma executarii operatiei solicitate.

1.6. MEMORIA EXTERNĂ este un suport electromagnetic reutilizabil, pe care informaţia se păstrează codificat sub formă binară, prin magnetizarea particulelor feromagnetice după două direcţii de magnetizare, corespunzătoare celor două cifre binare.

UCC impreuna cu UAL alcatuiesc UNITATEA CENTRALA DE PRELUCRARE (UCP) sau procesorul central. Daca la UCP se include si memoria aceasta constituie UNITATEA CENTRALA (UC).

Unitatea de comandă asigură controlul execuţiei instrucţiunilor unui program şi conţine două registre importante:

a) registru de instrucţiuni (RI) care conţine adresa instrucţiunii în curs de execuţie,

b) registru contor ordinal (CO) care conţine adresa următoarei instrucţiuni de executat.

Unitatea de comandă conţine de asemenea un dispozitiv de decodificare a instrucţiunilor (decodificator) şi un dispozitiv de control al secvenţei de comenzi care activează circuitele necesare execuţiei instrucţiunii curente. Înlănţuirea comenzilor se realizează prin intermediul unui ceas sistem.