Arhitektura računara

Organizacija i arhitektura
U opisivanju računara često se pravi razlika između njihove arhitekture i organizacije. Mada je teško dati precizne definicije tih termina, postoji saglasnost u vezi sa opštim obla¬stima koje su obuhvaćene svakim od njih.
Arhitektura računara odnosi se na one atribute sistema koji su vidljivi programeru ili, drugačije rečeno, one atribute koji imaju direktnog uticaja na logičko izvršenje programa.
Organizacija računara odnosi se na operacionaine jedinice i njihove međusobne veze koje realizuju specifikacije arhitekture.
Primeri atributa arhitekture uključuju skup instrukcija, broj bitova koji se koriste da bi predstavili razne tipove podataka (na primer, brojeve, zna¬kove), U/I mehanizme i tehnike za adresiranje memorije.
Organizacioni atributi uključuju one hardverske detalje koji su transparentni za programera, kao što su upravljački signali, intefejsi između računara i periferijskih uređaja i upotrebljena memorijska tehnologija.
Na primer, pitanje dizajna arhitekture je da li će računar imati instrukciju za množe¬nje. Organizaciono pitanje je da li će se ta instrukcija implementirati pomoću specijalne jedinice za množenje, ili pomoću mehanizma koji više puta koristi jedinicu za sabiranje sistema. Organizaciona odluka može se zasnivati na predviđenoj učestalosti korišćenja instrukcije za množenje, relativnoj brzini dva pristupa i ceni i fizičkoj veličini specijalne jedinice za množenje.
Istorijski, pa čak i danas, razlika između arhitekture i organizacije bila je značajna. Mnogi proizvođači računara nude porodicu modela računara, od kojih su svi sa istom arhi¬tekturom, ali sa razlikama u organizaciji. Zbog toga razni modeli imaju različite cene i ka¬rakteristike performanse. Pored toga, poneka arhitektura može da se protegne na mnogo godina i da obuhvati brojne različite modele računara, a da se njena organizacija menja sa tehnologijom.
U klasi računara koji se zovu mikroračunari, odnos između arhitekture i organizacije je veoma blizak. Promene u tehnologiji ne samo da utiču na organizaciju, nego za rezultat imaju i uvođenje moćnijih i složenijih arhitektura. Uopšte, za te manje mašine ima manje zahteva za kompatibilnost od jedne do druge generacije. Dakle, postoji više međusobne igre između organizacionih i arhitektonskih odluka. Intrigantan primer za to je računar sa smanjenim skupom instrukcija (RISC), koji ćemo analizirati kasnije.

STRUKTURA i FUNKCIJA
Računar je složen sistem; savremeni računari sadrže na milione elektronskih kompone¬nata. Kako oni onda mogu jasno da se opišu? Ključno je da se prepozna hijerarhijska priroda većine složenih sistema, uključujući tu i računar. Hijerarhijski sistem je skup podsistema u međusobnom odnosu, od kojih je svaki, sa svoje strane, hijerarhijski po strukturi sve dok ne dostignemo neki najniži nivo elementarnog podsistema.
Hijerarhijska priroda složenih sistema je od suštinskog značaja, kako za njihovo projektovanje, tako i za opis. Projektant treba da se bavi samo posebnim nivoom sistema odjednom.
Na svakom nivou, sistem se sastoji od skupa komponenata i njihovih međusob¬nih odnosa. Ponašanje na svakom nivou zavisi samo od pojednostavljene, apstrahovane karakterizacije sistema na sledećem nižem nivou. Na svakom nivou, projektant se stara o strukturi i funkciji:

•    Struktura: način na koji su komponente u međusobnom odnosu.
•    Funkcija: rad svake pojedinačne komponente kao deo strukture.

Što se tiče opisa, imamo dva izbora: da počnemo od dna i gradimo naviše do potpu¬nog opisa, ili da počnemo od pogleda odozgo i dekomponujemo sistem na njegove sastav¬ne poddelove. Dokazi iz brojnih oblasti nagoveštavaju da je pristup odozgo nadole jasniji i efektivniji.
Mi ćemo ovde opisati računarski sistem odozgo nadole. Na početku govorimo o glavnim komponentama računara, opisujući nji¬hovu strukturu i funkciju, a onda prelazimo na sledeće niže slojeve hijerarhije.

 
Funkcija
I struktura i funkcionisanje računara su u suštini jednostavni. Na slici 1.1 prikazane su osnovne funkcije koje računar može da izvodi. Uopšteno govoreći, ima ih samo četiri:

•    obrada podataka;
•    skladištenje podataka;
•    premeštanje podataka;
•    upravljanje.

Računar, naravno, mora da bude u stanju da obrađuje podatke. Podaci mogu da budu vrlo različitih oblika i opseg zahteva za obradom je širok. Međutim, videćemo da postoji samo nekoliko osnovnih metoda ili vrsta obrade podataka.
Od suštinskog značaja je i da računar skladišti podatke. Čak i kada računar obrađuje podatke “u letu” (na primer, podaci dolaze i obrađuju se, a rezultati odmah izlaze napolje), on mora privremeno da skladišti bar one delove podataka na kojima se radi u bilo kom datom trenutku. Dakle, postoji, u najmanju ruku, funkcija kratkotrajnog skladištenja poda¬taka. Računar izvodi i podjednako značajnu funkciju dugotrajnog skladištenja podataka. Datoteke podataka se skladište u računaru radi kasnijeg pozivanja i ažuriranja.