Организация ЭВМ / (3)понятие архитектуры и организации. Многоуровн. организация

Понятие архитектуры, организации и реализации ЭВМ.

Архитектура – множество ресурсов ЭВМ, доступных пользователю на логическом уровне без детализации способов взаимодействия процессора, устройств памяти, внешних устройств и программных средств (взгляд на машину с точки зрения пользователя).

Здесь рассматривается:

1. представление и формат данных

2. уровни памяти и их взаимодействие

3. состав и формат машинных команд

4. система прерываний

5. способы обмена данными

Организация ЭВМ – способы распределения функций установленных связей и взаимодействие памяти, процессора и внешних устройств, используемых для реализации возможностей, установленных в архитектуре

При изучении организации рассматривается представление и форма данных, уровни памяти и их взаимодействия, состав и формат машинных команд, система прерываний и способа обмена данных.

Реализация ЭВМ – способы технического исполнения конкретных устройств: линий или шин связей и протоколов взаимодействия между ними (это технологический уровень, отвечающий на вопрос: «Каким образом компоненты машины реализуются в виде интегральных схем (ИС, БИС, СБИС)»).

Многоуровневая организация ЭВМ.

Пользователь	Уровень	Содержание
Пользователь задач Системный аналитик	Концептуальный	выбор режима обработки выбор типа данных выбор вида обработки
Специалист в данной программной области (медик, физик, химик) Пользоват. функц. МО	Программно – ориентированные программные средства	Решение задач предн. готовыми программными средствами
Разработчик ПК Системный архитектор	Промежуточное ПО	Технологии CORBA
Разработчик функц. программ	Уровень интегр. средств и языков высшего уровня	Pascal, C++
Системные и прикладные программисты	Уровень Assembler	Программирование фрагментов программ высокой эффективности
Системные программисты	Уровень ОС	Обеспечение и выполнение привилегированных команд
Программист - электронщик	Уровень машинных команд	Цифровое представление команд
Программист – электронщик Системный архитектор	Уровень микрокоманд	Описание набора элементарных операций, реализ. машинными кодами
Системный программист - электронщик	Уровень межрегистровых передач	Описываются отдельные микропрограммы RISC – процессора
Электронщики Технологи	Уровень вентилей (ИС, БИС, СБИС)	Разработчики ИС как компонентов ЭВМ

На 7 уровне происходит разделение между архитектурой и реализацией, вместе взятых, и реализацией организации.

Достоинства:

1. Возможность относительно независимого проектирования любого уровня.

2. Каждый уровень транслируется средствами нижних уровней, изменение в реализации которых не сказывается на верхних уровнях (тем не менее в Assembler пользуемся прерывание ОС).

3. Чем ниже уровень представления программы, тем более высокий уровень производительности.

Понятие семантического (логического) разрыва между уровнями.

Необходимость интерпретации более высоких уровней нижними, приводит к большой трудоемкости разработки средств, реализующие эти интерпретации. Например, транслятор писать лучше в машинном коде, но это трудоемко и средствами человека более низких команд практически невозможно.

Необходимость шагов преобразования с уровня на уровень понижает производительность обработки программ. В настоящее время пока придуман путь преодоления проблемы в специализации вычислительных машин, позволяющий за счет строгого ограничения предметной области осуществить аппаратную реализацию обработки данных в этой области (графические образы (сдвиг, поворот, масштабирование), на аппаратном уровне – матричные и векторные сопроцессоры). Эти проблемы и составляют семантический разрыв.

Изменение представлений машины на уровне реализации или организации, позволяют создать на уровне одной архитектуры машины разной производительности и емкости.