Arhitectura calculatoarelor

Un calculator numeric este constituit dintr-un ansamblu de resurse fizice (hardware) şi de

programe de sistem (software de sistem) care asigură prelucrarea automată a informaţiilor, în

conformitate cu algoritmii specificaţi de utilizator prin programele de aplicaţii (software utilizator).

Descrierea unui calculator, ca sistem digital complex, se poate face ţinând cont de diferite aspecte.

Astfel, la nivel înalt, calculatorul poate fi definit ca o maşină care uşurează o anumită activitate umană.

Acest aspect “uman” al calculatorului a condus la studii care vizează uşurarea utilizării calculatorului,

ergonomia locului de muncă, creşterea accesibilităţii calculatorului pentru utilizatorul uman ce are o

pregătire diversă. Calculatorul poate fi definit, de asemenea, ca fiind o maşină care rulează programe.

Studiile efectuate pe acest nivel vizează optimizarea calculatorului în scopul minimizării timpului de

execuţie a programelor (aplicaţiilor). Modul de scriere al unui program trebuie să permită ca aplicaţiile

să fie portabile1 de pe o maşină pe alta. Importanţa aspectului “software” al calculatorului este

determinată de necesitatea de a proteja investiţia în programare, în condiţiile mediului deosebit de

dinamic al calculatoarelor.

Calculatorul poate fi definit ca fiind un sistem digital care realizează un set de funcţiuni. Studiile

efectuate pe acest nivel vizează realizarea unor funcţii date la viteze maxime şi resurse fizice (suprafaţă

pe chip) minime, într-o tehnologie accesibilă la un moment dat. Acesta este aspectul "hardware" al

calculatorului. Hardware este termenul general care desemnează resursele fizice (circuitele,

dispozitivele şi echipamentele componente) ale unui calculator numeric; Cele trei aspecte, uman,

software şi hardware, nu sunt independente. Perfecţionarea unuia dintre aspecte determină şi progresul

celorlalte două, chiar dacă nu în acelaşi ritm. De exemplu, randamentul muncii unui utilizator de

calculator (îmbunătăţire a aspectului “uman”) va creşte dacă acesta îşi schimbă tastatura cu una

optimizată ergonomic, în condiţiile păstrării resurselor hardware şi a programelor rulate (software).

CURS 1 INTRODUCERE ÎN ARHITECTURA CALCULATOARELOR

Randamentul muncii va creşte mai mult dacă se rulează, programe mai puternice, de exemplu

prin algoritmi mai rapizi sau sisteme de operare mai performante (îmbunătăţire software), în condiţiile

păstrării aceloraşi resurse hardware. O creştere remarcabilă a randamentului muncii se obţine, însă,

dacă se înlocuieşte calculatorul cu unul mai performant (îmbunătăţire a aspectului hardware), în

condiţiile păstrării tastaturii şi a aplicaţiilor rulate. Aspectele software şi hardware se întrepătrund şi nu

pot exista independent. Studiul unui calculator numeric poate fi realizat la diferite niveluri, organizate

ierarhic în schema din figura 1.1. De menţionat că, pe toate aceste niveluri, aspectele software şi

hardware coexistă.

Figura 1.1. Reprezentare ierarhică simplificată a nivelurilor de descriere a unui calculator numeric.

Prin nivelul de programare (al aplicaţiilor) calculatorul este văzut ca un ansamblu de resurse

care participă la executarea unui program. Este nivelul pe care lucrează programatorul într-un limbaj

de nivel înalt, având la dispoziţie un compilator care deţine informaţiile detaliate despre nivelele

inferioare. Pe acest nivel se operează cu noţiuni ca multiprocesoare, memorie distribuită, reţele de

interconectare.