1. Jezici nivoi i virtuelne mašine
Komunikacija je najveći problem između čoveka i računara. Jedini način da se taj
problem prevaziđe jeste da se stvori novi skup instrukcija koji ljudima više odgovara od
skupa ugrađenih mašinskih instrukcija. Taj skup novih instrukcija formira jezik koji
ćemo zvati L
1
za razliku od jezika L
0
koji razume računar. Kako računar moze da
izvršava samo programe napisane na njegovom mašinskom jeziku postoje dva načina
na koji bi mogao da izvršava i programe napisane na L
1
.
*Jedan od načina jeste da se najpre svaka njegova instrukcija zameni odgovarajućim
nizom instrukcija pisanih na jeziku L
0
. Računar tada izvršava nov program na jeziku L
0
umesto starog programa na jeziku L
1
. Ova tehnika naziva se prevođenje.
*Drugim načinom se program pisan na L
1
učitava i instrukciju po instrukciju, svaka se
redom ispituje i odmah izvršava njoj ekvivalentan skup instukcija na jeziku L
0
. Ova
tehnika naziva se interpretiranje, a program koji je koristi interpretator.
Svaka mašina ima svoj mašinski jezik sastavljen od svih instukcija koje može da
izvršava. Mašina u stvari definiše jezik, jezik definiše mašinu, koja može da izvršava
sve programe pisane na tom jeziku. Ljudi su nastojali da naprave još jedan skup
instrukcija (jezik) više prilagođen ljudima a manje računarima. Svaki sledeći je
pogodniji za ljude od prethodnog. Svaki koristi prethodni jezik kao osnovu, tako da
računar koji primenjuje ovu tehniku možemo posmatrati kao niz slojeva ili nivoa
poređanih jedan na drugi. Najniži jezik i nivo su najjednostavniji, a najviši jezik i nivo su
najsloženiji.
2. Savremeni računari sa više nivoa
Većina savremenih računara ima 2 ili više nivoa. Postoje računari i sa 6 nivoa.
Nivo 0 – predstavlja hardver računara. Njegova elektronska kola izvršavaju programe
na mašinskom jeziku 1. Postoji i nivo ispod nivoa 0 koji spada u elektrotehniku i zove
se nivo uređaja. Na tom nivou konstruktor vidi pojedinačne tranzistore koji za njega
predstavljaju najosnovnije komponente računara.
Najvažniji nivo – nivo digitalne logike, zanimaju nas tzv. logička kola – koja su
izgrađena od analognih komponenata kao što su tranzistori, mogu se modelovati i kao
digitalni uređaji. Svako logičko kolo ima jedan ili više digitalnih ulaza (na koje se
dovode signali koji predstavljaju 0 i 1) i izlaz na kome se pojavljuje neka f-ja ulaznih
podataka npr AND (konjukcija) i OR (disjunkcija). Svako logičko kolo sastoji se od
nekoliko tranzistora. Kombinovanjem nekoliko logičkig kola može se napraviti
jednobitna memorija u koju se može smestiti jedna nula ili jedna jedinica. Jednobitne
memorije mogu se kombinovati u grupe od 16, 32 ili 64 da bi se dobili registri. Svaki
registar može da čuva jedan binarni broj odg. veličine. Kombinovanjem logičkih kola
može se napraviti i mikroprocesor računara.
Nivo mikroarhitekture – sadrži skupove od 8 do 32 registra koji čine lokalnu memoriju i
elektronsko kolo zvano ALU koje može da obavlja jednostavne aritmetičke operacije.
Nivo 5
Nivo 4
Nivo3
Nivo 2
Nivo 1
Nivo 0
Nivo digitalne logike
Nivo mikroarhitekture
Nivo arhitekture skupa instukcija
Nivo operativnog sistema
Nivo asemblera
Nivo jezika prilagođenog korisniku
4. Procesor i organizacija procesora.
Njegova glavna uloga je da radi sa programima iz glavne memorije, uzimajući njihove
instrukcije, ispitujući ih i izvršavajući ih jednu za drugom. Komponente u računaru
povezane su magistralom odnosno sabirnicom.
Procesor se sastoji iz upravljačkih jedinica, aritmetičko-logičke jedinece, male
memorije velike brzine koja se koristi za skladištenje privremenih resurasa i
upravljačkih podataka.
Upravljačka jedinica prepoznaje odnosno dešifruje instrukciju koju procesor treba da
izvrši i daje joj upravljačke signale potrebne za njeno izvršavanje.
Aritmetičko logička jedinica obrađuje podadtke i izvršava osnovne aritmetičke i logičke
operacije.
Registri su komponenete koje privremeno pamte podatke. Postoje registri opšte
namene i registri posebne namene.
Najvažniji registar je programski brojač. On ukazuje na instrukciju koje treba sledeća
da se preuzme za izvršavanje.
.
Instrukcije se mogu svrstati u dve kategorije:
*Registar-memorija (kopiraju reči iz memorije u registre gde se one mogu koristiti kao
ulazni podaci za ALU instukcije koje slede, omogućavaju da se sadržaj registra vrati u
memoriju).
*Registar-registar - Instukcija preuzima 2 operanda iz registra, dovodi ih u ulazne ALU
registre, obavlja s njima neku operaciju i rezultat vraća u jedan od registara). Proces
provlačenja dva operanda kroz ALU i smeštanja rezultata zove se ciklus toka podataka
(predstavlja samu suštinu procesora).
5. Izvršavanje instrukcija
Svaku instrukciju procesor izvršava kroz niz malih koraka. Ti koraci su sledeći:
1. Preuzmi iz memorije sledeću instrukciju i smesti je u registar instrukcija.
2. Pomeri programski brojač tako da ukazuje na sledeću instrukciju.
3. Odredi tip upravo preuzete instrukcije.
4. Ako instrukcija koristi reč iz memorije, odredi gde se ona nalazi.
5. Ako je potrebno, preuzmi reč u registar procesora.
6. Izvrši instrukciju.
7. Idi na korak 1 da bi počeo izvršavanje naredne instrukcije.
Ovaj niz često zovemo ciklus
preuzmi – dekodiraj – izvrši
.
7. Paralelizam na nivou instrukcija
- istovremeno izvršavanje 2 ili više procesa.
Konstrukroti računara teže poboljšanju njihove performanse. Ubrzavanje rada čipova
kroz povećanje radnog takta je jedan od načina da se to postigne. Projektanti stoga
često koriste paralelizam kao način da se pri zadatom radnom taktu dobiju što bolje
performanse.
Paralelizam se javlja u dva opšta oblika:
- na nivou instrukcija
(znači da se može zadati što više instrukcija u sekundi)
- na nivou procesora. (više procesora istovremeno radi na zajedničkom zadatku)
Paralelna obrada omogucava kompromis izmedju vremena potrebnog za izvrsavanje
instrukcija tkz. kasnjenja i ropusnog opsega procesora.
Racunari imaju mogucnost da preuzimaju instrukcije iz memorije,da budu pri ruci kad
im zatrebaju.Instrkcije se cuvaju u skupu regitara.Na taj nacin se instrukcije brzo mogu
ucitati iz tih registara,umesto dugotrajnog ucitavanja iz memorije.
Osnovno izvarsavanje instrukcije se deli na:
1. Preuzimanje
2. Izvrsavanje
Osnova se dalje razredjuje kroz strategiju (koncept) paralelne obrade podataka.Tako
se izvrsavanje instrukcija podeli na desetak ili vise delova koji se na obradu upucuju na
isto toliko namenskih kmponenata koje rade istovremeno.
