Многоуровневая компьютерная организация

Задачи, которые формулирует человек, и задачи, кторые может решать компьютер, радикально различны. Причина разлияия может быть определена как различие языков представления задачи человеком для себя и человеком для вычислительной системы.

Задачи решаются выполнением последовательности действий, обозначаемых как команды. Совокупность команд, которые может выполнять компьютер, называют языком. Встроенные в аппаратуру команды образуют машинный язык. Обозначим его L0.

Совокупность команд, удобных для использования человеком, назовем языком L1.

Есть 2 способа выполнить программу на языке L1 на компьютере:

Трансляция. Составление новой программы заменой каждой команды L1 эквивалентным набором команд языка L0.

Интерпретация. Использование программы на языке L0 для вполнения для каждой команды из программы на L1 набора эквивалентных команд на языке L0.

Можно представить ВС как виртуальную машину, машинным языком которой является L1.

Эффективность трансляции или интерпретации высока, когда различия между языками L0 и L1 не очень велики.

Приближение языка программирования к человеческому языку приводит к тому, что ВС разбивается на несколько уровней, каждый из которых определяет язык, близкий к языкам соседних уровней. На каждом уровне ВС представлена своей виртуальной машиной. Машина определяет язык. Для выполнения программы на более низкий уровень необходимо использовать транслятор или интерпретатор этого уровня. (Э. Танненбаум. Архитектура компьютера. СПб, Питер,2005)

Таким образом, ВС можно рассматривать на разных уровнях организации:

- физический уровень. Аппаратное обеспечение машины. Язык этого уровня- правила работы элементарных электронных схем, реализующих базовые функции (операции) заложенной в осову конструкции арифметики (алгебры) На этом уровне определяются правила построения функциональных элементов из физических.

- уровень 0. Цифровой логический уровень. Элементы: вентили, битовые ячейки памяти. Язык этого уровня- набор операций базовой алгебры (булевой алгебры)

- уровень 1. Микроархитектурный уровень. Элементы- триггеры, шифраторы, дешифраторы, счетчики, регистры, объединенные в тракты данных АЛУ, управляемых аппаратно или микропрограммами. Язык – множество арифметических операций и регистровых операций.

- уровень 2. Архитектура системы команд. Язык- набор кодов команд процессора. Прграммы интерпретируются микрпрограммой уровня 1 или транслируются в коды уровня 1

- уровень 3. Архитектура операционной системы. На этом уровне выполняется организация памяти, реализация многозадачного режима работы ВС, управление периферийными устройствами. Как правило, имеется интерпретируемый язык- набор команд ОС. Сам интерпретатор находится на 2 уровне.

- уровень 4. Прикладной уровень для аппаратной реализации. Язык – транслируемый, транслятор называется ассемблером процессора. Набор символьных команд на основе человеческого языка.

- уровень 5. Прикладной уровень аппаратно-независимой архитектуры. Используются языки высокого уровня и компиляторы.

Происходит постоянное перетекание функций из аппаратной реализации в программную и обратно для каждого из 0-3 уровней представления системы.

Метод микропрограммирования предложен Морисом Уилксом в 1951 г.

Дата добавления: 2014-01-03