2.1 Багаторівнева комп’ютерна організація – структура й призначення рівнів.
Машинный язык - ограниченный набор простых команд, распознаваемых и выполняемых компьютером.
Разработчик при создании нового компьютера определяет машинный язык, исходя из назначения и задач. Стремятся делать машинные команды проще, чтобы избежать сложностей при конструировании и снизить затраты на электронику.
Многоуровневая компьютерная организация – подход, при котором рассматривается ряд абстракций, каждая из которых надстраивается над абстракцией более низкого уровня. Большинство современных компьютеров состоит из двух и более уровней.
Уровень 0. Цифровой логический уровень. Представляет собой аппаратное обеспечение машины. Его электронные схемы выполняют программы, написанные на языке уровня 1. Ради полноты нужно упомянуть о существовании еще одного уровня, расположенного ниже уровня 0. Он называется уровнем физических устройств.
Уровень 1. Микроархитектурный уровень. Представляет собой локальную память и АЛУ. АЛУ выполняет простые арифметические операции. Регистры вместе с АЛУ формируют тракт данных, по которому поступают данные. Основная операция тракта данных состоит в выполнении простой 2х операндной команды. Работа тракта данных контролируется микропрограммой программой или аппаратными средствами.
Уровень 2. Уровень архитектуры команд. Этот уровень включает набор машинных команд, которые выполняются микропрограммой-интерпретатором или аппаратным обеспечением.
Уровень 3. Уровень операционной системы. Этот уровень включает набор команд уровня 2. Оставшаяся часть команд интерпретируется операционной системой. Особенности уровня: набор новых команд, собственная организация памяти, способность выполнять две и более программ одновременно и др. Уровни с четвертого и выше предназначены для прикладных программистов, решающих конкретные задачи. Другое различие между уровнями 1,2,3 и уровнями 4,5 и выше — особенность языка. Машинные языки уровней 1,2 и 3 — цифровые.
Уровень 4. Уровень языка ассемблера. Представляет собой символическую форму одного из языков более низкого уровня. На этом уровне можно писать программы в приемлемой для человека форме. Эти программы сначала транслируются на язык уровня 1, 2 или 3, а затем интерпретируются соответствующей виртуальной или фактически существующей машиной. Программа, которая выполняет трансляцию, называется ассемблером.
Уровень 5. Язык высокого уровня. Обычно состоит из языков высокого уровня. Наиболее известные среди них — BASIC, С, C++, Java, LISP и Prolog. Программы, написанные на этих языках, обычно транслируются на уровень 3 или 4. Трансляторы, которые обрабатывают эти программы, называются компиляторами.
2.2 Схема комп’ютера з єдиною шиною. Основні характеристики та принципи роботи шини комп’ютера.
Аппаратная часть компьютера:
Состоит из центрального процессора, памяти (постоянная, оперативная и внешняя), устройств ввода-вывода, тактового генератора (таймера) и периферийного оборудования. Необходимый набор внешних устройств для пользователя - базовая конфигурация компьютера.
Связь между блоками осуществляется при помощи системы шин: шина адреса, шина данных, шина управления. На рисунке все эти шины объединены в одну системную шину.
Каждое устройство, подключаемое к шине, должно обеспечиваться логической схемой (адаптером), адаптирующей это устройство к правилам работы с шиной.
Работой компьютера всегда управляет программа, состоящая из отдельных команд (операторов).
Каждая команда принимается процессором, он расшифровывает содержание команды, выполняет арифметические и логические операции над данными и управляет работой всех устройств компьютера, участвующих в выполнении команды.
Для каждой операции, выполняемой процессором, требуется время, определяемое количеством тактов синхронизации.
Для синхронизации работы процессора и всех составляющих компьютера служит специальный генератор - таймер.
Открытая магистрально-модульная архитектура предназначена для того, чтобы можно было добавлять адаптеры дополнительных устройств и приспосабливать компьютеры к потребностям каждого пользователя.
История шин расширения начинается с первого компьютера IBM PC и его единственной шины ISA. (8-битная шина с тактовой частотой 4,77 МГц и скоростью передачи данных 4,77 МБ/с. 62 контакта: 8 – для данных, 20 – линии адреса, 6 – для прерываний).
Единственным способом реального повышения производительности стала разработка принципиально новой шины расширения. Работа в этом направлении привела к появлению шины PCI (тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32- или 64-битной, а устройства работали с сигналами в 5 или 3,3 В), а в AGP(32-битная системная шина для видеокарты) (Accelerated Graphics Port).
Последней появилась шина PCI–Express. Устройства PCI Express взаимодействуют через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа «точка – точка» с коммутатором. Разрядность шины – 64 бит; Пропускная способность – до 16 Гбайт/с (PCI Express х16) и до 32 Гбайт/с (PCI Express х32).