23

Многоуровневая организация цифровой вычислительной системы

В организации цифровой вычислительной системы можно выделить девять уровней иерархии, представленных на рис.1.2.

Первый уровень, физический, объединяет в себе физические законы, явления и эффекты, лежащие в основе создания и функционирования аппаратной составляющей вычислительной системы. Это уровень интегральной и функциональной микроэлектроники, обеспечивающей элементную базу вычислительной аппаратуры.

Второй уровень, уровень аналоговой схемотехники, связан с построением базовых логических элементов (вентилей) из аналоговых компонентов (диодов, транзисторов, емкостей и т.д.).

Третий уровень, уровень цифровой схемотехники, определяет принципы, модели и методы построения функциональных узлов и устройств аппаратуры в заданном логическом базисе. Этот уровень имеет свою внутреннюю иерархию, которая детально представлена в разделе главы .

Четвертый уровень, уровень системотехники, определяет общую структуру вычислительной системы, организацию взаимосвязей ее подсистем и модулей между собой, выбор оптимальных режимов функционирования и т.д. Это уровень, отражающий принципы построения и закономерности функционирования системы в целом с учетом влияния внешних факторов, технико-экономических и других показателей. На этом уровне в первом приближении распределяются функции между аппаратной и программной составляющими архитектуры вычислительной системы.

Пятый уровень, микроархитектурный, связан с организацией управления аппаратными средствами компьютера на языке микрокоманд. Это уровень интерпретации машинных команд, на котором реализуются (аппаратно или микропрограммно) эффективные технологии исполнения инструкций с применением упреждающей выборки команд, конвейеризации, распараллеливания, кэширования, динамического предсказания ветвлений, переименования регистров и других приемов, способствующих повышению эффективности вычислительного процесса.

Шестой уровень, уровень машинных команд, представляет набор команд (инструкций), выполняемых аппаратными средствами или микропрограммой-интерпретатором. Это связующее звено между аппаратным и программным обеспечением, поэтому организация его должна быть рациональной как с точки зрения разработчиков аппаратного обеспечения, так и с точки зрения создателей программ-трансляторов с языков высокого уровня.

Седьмой уровень, уровень операционной системы, отличается от предыдущего наличием дополнительных команд, своей организации памяти, мультипрограммного режима и других расширений, реализуемых специальным интерпретатором, построенным на базе шестого и возможно пятого уровней и называемым операционной системой.

Последние три из рассмотренных уровней изначально планируются как инструментальная среда для создания системного программного обеспечения (трансляторов, оболочек операционных систем и других расширений, поддерживающих языки более высоких уровней). В отличие от них, средства восьмого и девятого уровней ориентируются на прикладных программистов.