ARHITECTURA GENERALĂ A SISTEMELOR DE CALCUL
Prin arhitectura unui calculator se întelege structura calculatorului, respectiv partile lui componente, modul de interconectare si functionare a acestora.
Sistemele de calcul se împart în trei categorii:
- calculatoare analogice
- calculatoare numerice
- calculatoare hibride
1. Calculatoarele analogice
sunt sisteme de calcul reprezentate printr-un sistem fizic în care pot fi stabilite relatii matematice dinainte prescrise, între variabilele continue ale sistemului fizic. Variabilele pot fi de orice natura fizica masurabila: lungime, presiune, temperatura, masa, tensiune etc. Marimile corespunzatoare conditiilor initiale ale problemei de rezolvat se introduc sub forma unor tensiuni electrice care sunt prelucrate, având care rezultat tensiuni electrice variabile în timp ce sunt prezentate utilizatorului printr-un instrument indicator (voltmetru).
2. Calculatoarele numerice
sunt sisteme de calcul care primesc, prelucreaza si transmit date, respectiv informatii, codificate sub forma numerica binara. Prelucrarea automata a datelor presupune ca toate componentele elementare ale unui calculator numeric sunt comutatoare electronice, ceea ce asigura o viteza mare de lucru, siguranta în functionare, volum redus al echipamentului.
Aceste comutatoare sunt utilizate pentru a reprezenta si a controla circuitul datelor elementare numite biti (binary digit). Datorita caracterului "închis" sau "deschis" al informatiei binare si al circuitului de semnale folosit de calculator a fost necesara gasirea unui comutator electronic eficient. Primele calculatoare foloseau tuburile electronice pe post de comutatoare, dar acestea au generat multe probleme. Aparitia tranzistorului în 1948 care este un comutator electronic compact, a fost una dintre cele mai importante descoperiri care au condus la revolutia calculatoarelor personale. În anul 1959 a fost inventat primul circuit semiconductor (circuit integrat) care continea mai multe tranzistoare pe acelasi suport de baza, legatura între acestea realizându-se fara ajutorul firelor. Primul circuit integrat continea numai 6 tranzistoare. În prezent exista numeroase tipuri de circuite integrate care contin un numar de tranzistoare de ordinul milioanelor. În anul 1969 compania Intel a produs primul cip de memorie de 1kbit (1024 biti), iar dupa câtiva ani a reusit sa incorporeze într-un astfel de cip toate functiile si capacitatile a 12 cipuri de diferite tipuri, controlat de un program care îi putea modifica functiile. Astfel în anul 1971 a luat nastere primul microprocesor pe 4 biti - Intel 4004 numit astfel datorita faptului ca opera cu 4 biti de date în acelasi timp. În 1972 a aparut microprocesorul 8008, iar în 1973 a aparut primul microprocesor 8080 care adresa 64 Kbiti de memorie. În anul 1975 MITS a lansat kitul Altair bazat pe microprocesorul 8080, iar IBM a lansat pe piata calculatoarelor personale cu primul ei calculator -5100. În 1976 compania Apple a vândut primul ei calculator, urmat în 1977 de Apple II care a înregistrat un succes enorm. În 1981 IBM a lansat primul calculator personal proiectat în concordanta cu cerintele pietii stabilind un nou standard pentru industria microcalculatoarelor.
Acest standard s-a dezvoltat în asa fel încât sa faca fata cerintelor utilizatorilor de astazi.
3.
Calculatoarele hibride
constau în cuplarea unui calculator analogic cu un calculator numeric, comunicarea între cele doua facându-se prin intermediul convertoarelor analog-numerice si numeric-analogice.
În capitolele urmatoare se vor descrie si analiza numai calculatoarele numerice.
Structura functionala a unui calculator
Un calculator numeric este un dispozitiv automat în care datele reprezentate în binar sub forma discreta sunt prelucrate pe baza unui program ce indica o succesiune determinata de operatii.
Din punct de vedere functional, un sistem de calcul contine sapte blocuri componente redate în figura. Acestea sunt:
IP - periferice de intrare (input), echipamente cu rolul de introducere a datelor în vederea prelucrarii;
OP - periferice de iesire (output) cu rolul de redare a rezultatelor prelucrarii;
CANALE I/O - canale de intrare/iesire, care dirijeaza fluxul de date ce se transfera de la IP, respectiv catre OP, si memoria externa;
ALU - unitatea aritmetica si logica, care executa operatiile aritmetice si logice cu datele ce-i sunt furnizate din memorie, unde va depune si rezultatul operatiilor dupa executia acestora;
MEM INT - memoria interna (principala) este componenta sistemului de calcul destinata pastrarii datelor si instructiunilor programelor pe parcursul executiei;
MEM EXT - memoria externa este memoria sistemului de calcul solicitata atunci când prelucrarile depasesc capacitatea memoriei interne sau pentru arhivarea datelor si programelor;
UCC - unitatea de comanda si control, care primeste instructiunile existente în memorie, le interpreteaza si, corespunzator interpretarii acestora, emite comenzi de transfer catre IP/OP, prin intermediul canalelor I/O, comenzi
de executie catre ALU si adrese catre MEM INT;
UCC împreuna cu ALU formeaza unitatea centrala de prelucrare (CPU) sau procesorul central, iar daca se include si memoria, toate împreuna alcatuiesc unitatea centrala (CU).
De remarcat existenta informatiilor de stare între componentele sistemului de calcul, prin intermediul carora exista un schimb reciproc de mesaje privind modul de functionare si executare a operatiilor (figurate cu linie întrerupta).
Modul de functionare
Datele initiale ce se supun prelucrarii si programul constituit din instructiuni se introduc în sistemul de calcul prin intermediul unor dispozitive periferice de intrare (IP).
Prin intermediul canalelor de intrare/iesire atât datele, cât si instructiunile programului sunt transferate în memoria interna a sistemului de calcul, sub forma binara, în locatii identificabile prin adresele la care au fost memorate (si nu prin continutul acestora)
În continuare, fiecare instructiune este trimisa la UCC, care o interpreteaza si emite comenzi catre:
memorie - prin care se solicita ca anumite date, localizate prin adresele la care sunt memorate, sa fie transferate catre ALU, pentru executia anumitor operatii; dupa efectuarea operatiei se va specifica adresa din memorie unde se va depune rezultatul operatiei efectuate de ALU;
ALU, careia i se va solicita executia operatiei specificate prin instructiune;
canalele de I/O, în vederea preluarii altor date si instructiuni de la IP, respectiv de începere a transferului rezultatelor din memorie catre OP.
Dupa terminarea executiei operatiilor solicitate, rezultatele memorate la anumite adrese din memorie sunt transferate prin intermediul canalelor de I/O catre OP, în vederea vizualizarii rezultatelor prelucrarii, respectiv catre MEM EXT, pentru arhivarea datelor si programelor, în scopul reutilizarii lor.
|
