Computer Architecture Chapter 5

Structura unui microcalculator

• Un microcalculator este o mașină "Von Neumann"
• Este un sistem programabil de prelucrare a informației
• Are două componente inseparabile: hardware și software

Componente hardware

• Unitatea Centrală de Prelucrare (UCP):

  • Are două funcții esențiale: prelucrarea datelor și controlul activității microcalculatorului.
  • O unitate centrală de prelucrare, cu funcțiile menționate anterior, și ce coordonează un sistem funcțional, ca în figură, se numește microprocesor (μP)

• Memoria:

  • Este o secvență de locații pentru stocarea informației.
  • Fiecare locație este definită prin conținut și adresă.
  • Conținut: o înșiruire de cifre binare (biți).
  • Adresă: un număr de ordine al locației, folosit pentru identificarea acesteia.
  • Formatul memoriei este exprimat în număr de biți (de exemplu: 8, 16, 32 sau 64 biți).
  • Termeni adiacenți:
    • "Hartă a memoriei": totalitatea locațiilor de memorie ce pot fi adresate de un microprocesor
    • "Pagini" și/sau "segmente": subdiviziuni logice.

• Dispozitivele de Intrare/Ieșire (I/O):

  • Sunt circuite care permit conexiunea microcalculatorului cu lumea exterioară.
  • O unitate elementară de comunicare cu exteriorul se numește port de intrare/ieșire.

• Magistrală:

  • Constituită din conexiuni fizice între blocuri
  • Permite circulația informației prestabilite între componentele sistemului:
    • Magistrala de date: bidirecțională, pentru operanzi/rezultate, instrucțiuni şi adrese.
    • Magistrala de adrese: unidirecțională, pentru locația informației în memorie sau pe dispozitive I/O
    • Magistrala de control: bidirecțională, pentru semnale de comandă şi control

Componente software

• Sisteme de operare:
  • Programe care permit accesul utilizatorului la resursele sistemului (exemple: MS-DOS, UNIX, etc.).
  • Poate fi rezident (permanent în memorie) sau încărcabil dintr-o memorie externă (proces de "bootstrap")
• Software utilizator:
  • Programe folosite pentru îndeplinirea unor sarcini specifice.

Caracteristici arhitecturii Von Neumann

• Microprocesorul concentrează unitatea centrală de prelucrare și funcția de comandă
• Memoria și celelalte componente nu au putere de decizie asupra semnificației informației
• Legătura dintre blocuri este asigurată de o magistrală cu trei componente funcționale (date, adrese și control)
• Sistemul funcționează bazat pe programe și instrucțiunile lor.

Reprezentarea internă a informațiilor

• Reprezentarea programelor:
  • Fiecare instrucțiune este reprezentată în memorie printr-un cod binar.
  • Formatul instrucțiunilor este în general dat de lungime fixă și se exprimă de obicei în octeți.
• Reprezentarea numerelor
  • Binar natural, semn-mărime, complement față de 1, complement față de 2
• Reprezentarea numerelor cu zecimală:
  • Zecimal codificat binar (ZCB)
  • Cu virgulă mobilă

Reprezentarea externă a informațiilor

• Utilizatorul interacționează cu datele alfanumerice prin seturi de caractere.
• Se folosesc coduri numerice pentru reprezentarea caracterelor (exemplu: ASCII).
• Seturi de caractere pentru codificare binară a informațiilor.

Tipuri de circuite

• Circuite logice:
  • Porți logice (și, sau, nu, exclusiv)
  • Multiplexoare (MUX)
  • Decodoare
  • Demultiplexoare (DEMUX)
• Circuite secvențiale:
  • Bistabili

Unități aritmetico-logice (ALU):

• Se realizează operații aritmetice şi logice
• Conțin blocuri specifice pentru operații aritmetice şi bit-by-bit

Memorii

• ROM: Memorie doar-citire, informațiile sunt stocate permanent într-un cip.
• RAM: Memorie cu acces aleatoriu, informațiile sunt stocate temporar, pierdute la oprirea puterii.

Termeni tehnici

• Sunt definiți termeni precum "registre", "memorii", "operații", "adrese", etc.

Alte Note

• Sunt descrise și convenții pentru notații
• Exemple de format, format de date, și interpretări de date sunt incluse în diverse diagrame