Многоуровневая организация в современных компьютерах

Современные ПК - многоуровневые, т.е уровни накладываются друг на друга, как детская пирамидка.

Начнем с самого первого, но нумеруется он с нуля.

На этом уровне цифровые схемы выполняют машинно-зависимые команды уровня 1.
Все объекты на 0 уровне называются вентилями.

Вентили строятся из аналоговых вещей, таких как транзисторы. Вентили получают сигналы - 0 или 1 и вычисляют логические функции этих сигналов.

Несколько транзисторов образует вентиль, а несколько вентилей образуют 1 бит памяти. В одном бите может храниться 0 или 1.

Группы битов по 16, 32 или 64, образуют регистры, в которых может хранится одно двоичное число в разном диапазоне, это зависит от памяти регистра.

Из вентилей так же можно построить ядро вычислительной системы.

На этом уровне находятся наборы регистров по 8 или 32 регистра, которые формируют локальную память и АЛУ. Вместе они формируют поток данных по которому поступают данные.

Базовая операция потока данных происходит так: выбирается один или два регистра, АЛУ производит с ним операции после чего результат помещается в какой-либо регистр. Поток данных может контролироваться аппаратными средствами или микропрограммой.

Микропрограмма представляет из себя интерпретатор с уровня 2. Она читает команды и исполняет её одну за другой используя при этом поток данных.

Это уровень машинного языка для конкретной машины. Этот уровень известен нам из статьи о том как компьютер понимает ЯП.

Каждый производитель публикует руководство по машинному языку для своей системы.

У этого уровня есть особенности: новые команды, другая реализация памяти и т.д.

Его называют гибридным потому что, он состоит из команд 3 и 2 уровня.

Команды 2 уровня исполняются микропрограммой или аппаратным обеспечением системы, команды 3 уровня проходят через интерпретатор 2 уровня, который называется операционной системой.

Язык ассемблера – машинно-ориентированный язык низкого уровня с командами, не всегда соответствующими командам машины.

На этом языке можно писать программы для уровня 1, 2 или 3 в не таком неприятном виде как цифровой язык.

Программы написанные на этом языке сначала транслируются на язык уровня 1, 2 или 3, потом интерпретируются виртуальной или настоящей машиной.

Трансляцией занимается программа, которая называется ассемблером.

Языки высокого уровня и язык ассемблера отличаются от языков 1, 2 и 3 уровня написанием. ЯВУ пишут с помощью слов и символов, а не последовательностью цифр.

На 1, 2 и 3 уровне все инструкции и команды - интерпретируются, а на уровне 4 и выше - транслируются, но есть и особенности, о них поговорим в следующих статьях.

Итак, компьютер проектируется как иерархия уровней, которые надстраиваются друг над другом.

Каждый уровень представляет из себя абстракцию каких-то объектов и операций.

Набор типов данных, операций и характеристик для каждого конкретного уровня называется архитектурой уровня n.

Историю развития ЭВМ и многоуровневой архитектуры можно почитать здесь.

Следующий конспект про типы компьютеров.