греч. - зодчество, строительство) - искусство проектировать и строить объекты, оформляющие пространственную среду для жизни. Архитектура является частью материальной культуры общества (жилые дома, общественные, административные и другие типы зданий).

В то же время архитектура является одним из видов искусства, позволяющего возводить красивые, удобные, соответствующие определенным целям постройки. Как вид искусства архитектура входит в сферу духовной культуры. Эстетически формирует окружение человека, выражает общественные идеи в художественных образах.

Отличное определение

Неполное определение ↓

АРХИТЕКТУРА

Или зодчество - здания, другие сооружения или их комплексы, образующие материальную, художественную организованную среду жизнедеятельности человека. Как часть материальных средств существования людей и как часть средств производства (промышленная архитектура), она принадлежит к сфере материальной культуры, но как важный вид пластических искусств - к сфере духовной художественной культуры. Эстетически формируя жизненную среду общества, архитектура выражает специфическими художественными формами господствующие представления своей эпохи, идеи и устремления своего общества. В архитектуре взаимосвязаны функционально-технические и духовно-эстетические начала: она базируется на триединстве пользы, прочности и красоты. В этом качестве она служит основой объединения скульптуры, живописи и других пространственных и временных видов художественного творчества. Недаром архитектуру называют «матерью всех искусств». В силу своей открытости массам, а также стабильности и прочности своих творений архитектура более других искусств способна передать социально организующий аспект современного ей идеала, дух упорядоченности и разумной закономерности. Архитектура основана на символическом понимании пространства, ввиду чего обращается к символическому смыслу здания, устанавливая соответствие между различными планами бытия и формами здания. Пропорции многих построек прошлого определялись символическим значением форм. Например, в древних греческих и римских храмах в целях подчеркивания идеи духовного восхождения устанавливалась прямая соотнесенность между архитектурными пропорциями и космическими моделями. Наиболее последовательно идея постепенного восхождения выражена в композиции вавилонских зиккуратов. Архитектурное пространство мечети создается балансом качества, сил и энергий, соответственностью с движением светил на небе, чередованием света и тьмы. Несомненно, что в основе сложной геометрической символики храма лежит принцип дерева или горы, в котором присутствует космическая и технологическая символика. Храм выступает как земная проекция моделей космоса: несколько небес, покоящихся на опорах (пилонах, колоннах), связывают землю с «первичными водами». При этом все круглые формы выражают идею неба, квадрат олицетворяет землю, а треугольник символизирует взаимодействие между небом и землей. Храм - это модель организованного космоса, проявление одного во множественности, поэтому в нем широко используется символика чисел: 7 в пирамидах, 3 в христианских храмах, а 8, являющееся связующим звеном между 4 (квадратом) и 2 (кругом), - в башнях. В основе храма также лежит символика мандалы - квадратуры круга - квадрат и круг, связанные восьмиугольником, который несет на себе тяжесть храма. На развитие древнерусской архитектуры оказало влияние византийское искусство, самобытно интерпретированное древнерусскими архитекторами. В XII–XIII вв. сложились местные школы архитектуры в Новгороде, Пскове, Владимире и других городах. С XIV в. ведущее место заняла московская школа, и постепенно сформировался единый стиль древнерусской архитектуры, которую отличали ясное выявление конструкции зданий, величавые пропорции, строгая уравновешенность пространства и массы. Широкое распространение получили крестово-купольные храмы, а в XVI в. появился своеобразный тип шатровых храмов-башен. При этом архитектурные элементы храма имеют собственное символическое толкование. Например, три двери храма олицетворяют веру, надежду и милосердие. Церковные стены ограждают спасенное от греха человечество, контрфорсы опоры означают духовный подъем и моральную силу, крыша символизирует милосердие, колонны - догматы веры, своды - пути спасения, а шпиль - Божий перст, указующий конечную цель человечества. Источ.: Аполлон. Изобразительное и декоративное искусство. Архитектура: Терминологический словарь. М., 1997; Энциклопедия символов, знаков, эмблем. М., 1997; Чернявская Т. Н. Художественная культура СССР: Лингвострановедческий словарь. М., 1984.

Словарь архитектурных терминов от А до Я, понятие «Архитектура».

Архитектура (от латинского architectura – главный строитель) – искусство проектирования и строительства зданий, сооружений и целых комплексов. Архитектура призвана создавать удобную и организованную с материальной точки зрения среду, которая нужна людям для жизни и осуществления основной деятельности. Архитектурные объекты обустраиваются с учетом современных технических возможностей, а также с эстетического мировоззрения конкретной эпохи.

Этимология

Термин «архитектура» имеет латинское происхождения, но при этом характеризуется греческими корнями. Если смотреть с греческой точки зрения, то слово можно перевести как «высшее плотничество» или «строительное искусство». Замечу, что еще во времена Древнего Рима под словом «архитектура» подразумевали обширную область специализаций, в том числе военную, гидротехническую, корабельную и т.д. Что же касается дня сегодняшнего, то архитектура в настоящее время является лишь искусством возводить функциональные здания для людей, животных, предметов. В русском языке слово «архитектура» издревле заменялось словом «зодчество», которое имеет старославянские корни (зьдь – материя, глина).

Важность архитектурных объектов

Под термином «архитектура» нередко подразумевают облик зданий либо собирательное понятие о здании или сооружении в целом. Архитектурные работы могут восприниматься не только с функциональной точки зрения, но и в качестве политических и культурных символов, а также произведений искусства. Подавляющее большинство исторических цивилизаций имеют собственные архитектурные достижения. Именно архитектура позволяет обществу исполнять свои жизненные функции и с ее помощью направлять основные жизненные процессы в нужное русло. Поэтому архитектурные объекты всегда сопоставляются с потребностями и возможностями людей.

Градостроительство

Предметом архитектуры называют работу с выделенным пространством, целью которой является организация заданного населенного места. В результате, логическим продолжением архитектурной специализации стало отдельное направление, получившее название «градостроительство». Это направление охватывает весь комплекс строительных, технических, общественных, экономических, художественных и архитектурных проблем, занимаясь их всесторонним решением. Именно поэтому градостроительство тесно связано с архитектурой, и наоборот. Невозможно правильно оценить то или иное архитектурное сооружение, не оценивая его с градостроительной точки зрения. Все современные градостроители имеют высшее архитектурное образование.

Области архитектуры

1. Архитектурное проектирование – главный архитектурный раздел, связанный с разработкой проектов и последующим строительством зданий. В проектную деятельность входит творческий созидательный процесс, координация проектной документации для реконструкции или строительства, а также авторский надзор за осуществляемым строительством.

2. Градостроительство – раздел, который делится на объемное проектирование (проекты зданий) и непосредственное градостроительство (проектирование районов или многофункциональных комплексов). Во втором случае принимается во внимание перспективное развитие городской среды, включая ее экологические и санитарно-экономические проблемы.

3. Урбанистика – схожий с градостроительством раздел, который учитывает момент формирования города на основе современных принципов городского развития. Тесно связан с общей теорией систем и социологией.

4. Ландшафтная архитектура – это раздел, включающий в себя организацию парков, садов и прочих сред. Главным материалом строительства в этом случае будет естественная растительность и сам ландшафт.

5. Дизайн интерьера – раздел архитектуры, который входит в компетенцию как архитекторов, так и дизайнеров. Целью дизайнерской деятельности является создание эргономичного, функционального и эстетичного пространства в помещении, используя для этого архитектурно-художественные средства.

6. Малые архитектурные формы – раздел, к которому можно отнести все функционально-декоративные и мемориальные объекты городского благоустройства, равно как и объекты, выступающие носителями информации.

7. Бумажная архитектура – теоретический архитектурный раздел, заключающийся в проектировании определенных форм, но без учета их последующей материализации.

Словарь архитектурных терминов от А до Я:

• 

  Что такое звездный месяц Луны, его влияние на сад и огород.

• 
  

  Перечень архитектурных терминов на букву Т и их описание.

• 
  

  Определения для архитектурных терминов от Ф до Я.

• 
  

  Описание архитектурных терминов от Д до И.

• 
  

  Все архитектурные термины на букву А.

Понятие архитектуры

Архитектура (от лат. architectur, archi - главный, tektos - строить, возводить) - зодчество, искусство проектировать и строить1. Архи­тектура способна выражать в объемных конструкциях представления человека о мире, времени, пространстве, искусстве, природе и чув­ствах. Архитектуру справедливо считают синтезом искусства, науки и производства. Именно эти три компонента, взаимодействуя друг с другом, образуют основу конструкторской деятельности. Архитекту­ра, в отличие от графики и живописи, не изображает пространствен­ный мир на двухмерной картинной плоскости, а создает из геоме­трических объемов замкнутую пространственную среду в виде раз­личных сооружений.

На сегодняшний день существует множество определений архи­тектуры, которые условно можно разделить на ряд направлений.

Архитектура как часть искусственной природы , т. е. опреде­ленной среды, в которой живет и действует человек. В этом случае объектами архитектуры выступают градостроительство и крупные комплексы, включающие элементы различного функционального назначения; жилые районы, зоны отдыха, вокзалы, аэропорты, пор­ты, многоуровневые стоянки, сложные пешеходные развязки.

Двойственность архитектуры . Выделение двух сфер человече­ского фактора (материального и духовного). Объекты архитектуры в данном случае также рассматриваются двусторонне. Так, конструкции относят к материальной сфере, а их художественно-эстетические характеристики - к духовной.

Архитектура как совокупность пользы, прочности и красоты . Эти три компонента со времен римского строителя и теоретика архи­тектуры Марка Полиона Витрувия считаются актуальными и осново­полагающими при возведении любого архитектурного сооружения. Подтверждение этих слов мы можем найти в Советском энциклопеди­ческом словаре, где архитектура определяется как художественно осмыс­ленная конструкция, создаваемая человеком в различных жизненных целях (функциональности, конструктивности, эстетичности). Таким образом, здесь обнаруживаются все компоненты триады Витрувия.

1. Борев Ю. Б. Эстетика: в 2 т. - Смоленск, 1997. - Т. 2.

В теории и практике архитектуры долгое время ее художественная и материальная стороны определялись как отдельные области чело­веческой деятельности. В связи с этим вопрос о соотношении поль­зы и красоты приобрел значительную остроту. Каждая эпоха стре­милась найти свое соотношение между этими компонентами. В XX в., с одной стороны, ставится проблема соотношения архитектурной формы сооружения и его функционального назначения, с другой - для промышленных сооружений, где функциональное назначение доминирует, актуально определение взаимосвязующих отношений между конструктивной стороной архитектуры и архитектурными формами. Таким образом, постепенно складывались различные виды архитектуры.

Виды архитектуры

По целевому назначению 1:

- жилищная (многоэтажные жилые дома, жилые комплексы, коттеджи, дачи, общежития, гостиницы и т.д.);

- промышленная (заводы, фабрики, склады, мастерские, комби­наты, фермы, хранилища и т. д.);

-декоративная (лестницы, фонтаны, беседки, мосты, арки);

- общественно-гражданская:

культовые сооружения (церкви, храмы, соборы, мечети, синагоги, молельные дома и т.д.);

культурно-досуговые сооружения (театры, кинотеатры, музеи, вы­ставочные залы, вернисажи, планетарии, библиотеки, цирки, дель­финарии, стадионы, бассейны, развлекательные центры, рестораны, игровые клубы и т.д.);

образовательные учреждения (детские сады, школы, техникумы, колледжи, гимназии, лицеи, высшие учебные заведения, академии, НИИ и т.д.);

административно-государственные (правительственные учрежде­ния, банки, здания правоохранительных органов, суды, прокуратуры, тюрьмы и т.д.);

учреждения сферы обслуживания (магазины, больницы, поликли­ники, столовые, прачечные, бани, парикмахерские, салоны красоты и т.д.);

коммуникационные сооружения (железнодорожные вокзалы, ав­товокзалы, аэропорты, порты, станции метрополитена, терминалы, отделения связи и т.д.).

1.См: Г.-Ф. Грубе, А. Кучмар. Путеводитель по архитектурным формам. - М., 2001. - С. 6

По характеру1:

- объемная архитектура , имеющая вид замкнутой конструкции, состоящей из стен, перекрытий и крыш (жилищная, общественно- гражданская, культовая, промышленная и др.);

- ландшафтная архитектура , украшающая ландшафт (мосты, арки, фонтаны, беседки, лестницы и т.д.);

Архитектура - это искусство возводить здания, сооружения и их комплексы для обслуживания социально-бытовых и идейно-художественных потребностей человеческого общества.

Задача архитектора - создание (иногда-совместно с инженером) самого замысла предпринимаемой постройки. Когда возникает потребность в каком -либо, здании, например, для жилья, школы или учреждения, и выбрано место для его постройки, то из всего многочисленного коллектива, которому предстоит потрудиться над его возведением, первом приступает к работе архитектор. Он составляет проект этого здания, отвечающий всем практическим требованиям, предъявляемым к нему условиями отводимой территории, назначением здания, отпускаемыми средствами и т.д.

Архитектор, разрешая практическую задачу, ставит одновременно и художественные цели, т.е. стремиться выразить в художественных формах определенное идейное содержание и придать зданию или сооружению такой облик, которой будет активно воздействовать на сознание людей.

Произведениями архитектуры являются здания различного назначения, отдельные фрагменты городской застройки и пространственная организация городов в целом, инженерные сооружения (мосты, радио- и телевизионные башни, трубы и т.п.), а также сооружения, предназначенные для художественного обогащения и благоустройства внешнего пространства (монументы, подпорные стены, террасы, набережные).

Архитектурное искусство воздействует на эмоции и сознание людей. Внешний облик зданий осознается зрителем как легкий или тяжеловесный, монументальный или интимный. Находясь внутри здания, человек воспринимает особенности решения его пространства как подавляющего или возвышающего, уютного или дискомфортного. Зная художественные закономерности архитектурного формообразования, архитектор предрешает в процессе проектирования задуманное эмоциональное воздействие здания или комплекса зданий.

Конструкция является основным компонентом архитектуры независимо от того, что строятся - жилище, гражданское или промышленное здание. Во всех случаях с помощью определенных материалов ограничивается некоторый объем и организуется внутреннее пространство для тех или иных целей. Возведенное сооружение должно иметь конкретное функциональное назначение и быть способным противостоять силам природы. Кроме этих утилитарных целей человек всегда стремился удовлетворить и эстетические требования, которые иногда превышали требования прочности и экономичности.
В настоящее время человеку служит множество зданий и сооружений, которые можно разделить на 3 группы: жилье дома; общественные постройки; производственные объекты.

Существует еще и архитектура «малых форм» (открытие лестницы и площадки, бассейны и фонтаны, навесы и беседки). «Малая» и «большая» архитектура связывается воедино искусством градостроителя.

Градостроитель - это композитор города. Композиция здания очень важна. От нее в первую очередь зависит впечатление, которое производит архитектурное сооружение. Сочетание различных объемов - высоких и низких, прямолинейных и криволинейных, чередование пространств - открытых и закрытых вот основные приемы, которыми пользуется зодчий, создавая архитектурные композиции.
В современной архитектуре происходит перестройка традиционных методов проектирования. На основе использования результатов ряда научных дисциплин (демографии, социологии, антропологии, эргономики, климатологии, строительной физики, строительной механики и др.) их системного анализа и обобщения формируются основы научной методики проектирования зданий и сооружений.

Технический прогресс в строительстве требует от инженера-проектировщика создания, новых рациональных конструктивных решений освоения, прогрессивных методов расчета конструкций, повышения эффективности проектных работ.

Семь чудес света в представлении античного общества - наиболее прославленные достопримечательности архитектуры и природы. Это (в порядке древности):

1. Египетские пирамиды в Гизе (ок 2700-1780гг. до н.э.);
2. Террасные висячие сады Семирамиды в Вавилоне (605-562гг. до н.э.);
3. Храм Артемиды в Эфесе (ок 550 до н.э.);
4. статуя Зевса в Олимпии (ок 430г. До н.э.);
5. Мавзолей в Галикарнасе (ІV в до н.э.);
6. статуя бога Солнца Гелиоса на о Родос (так называемый Колосс Родосский) высотой 37м. (ок.292-280гг. до н.э.);
7. Фараоский маяк в Александрии вероятность высотой 143м (ок 280г. до н.э.).

К сожалению, большинство из этих памятников больше не существует. На протяжении столетий неоднократно предпринимались попытки расширить круг чудес. К ним пытались причислить и Эйфелеву башню, статую Свободы в Америке, Останкинскую телебашню, Великую китайскую стену, канала и т.д. Китайская стена является крупнейшим сооружениям всех веков и народов. Безусловно, многие из технических достижений современности (например, эксплуатационный тоннель под Ла-Маншем) весьма значительны. Тем не менее опровергнуть мнение пока не удалось.
К числу, чудес можно отнести и Казахстанских сооружений: Высокогорного катка и селе защитную плотину на «Медео».

Первые города мира

После того как около 11 тыс. лет назад на Ближнем Востоке люди стали переходить на оседлый образ жизни, семьи выросли, размер поселений увеличился, появились первые города. В общинах развивалось разделение труда - ремесленники изготавливали необходимые для жизни вещи, руководители управляли жизнью общины. Люди приходили в город покупать и продавать не только выращенные в его окрестностях продукты питания, но и металлические изделия, одежду, ювелирные украшения, пряности и многое другое.

Какой город является самым древним в мирес полной достоверностью это неизвестно, но одним из самых древних является город Иерихон в Израиле: на ближнем востоке неподалеку от мертвого моря. Развалины некоторых городских стен имеют возраст более 11 тыс. лет. Это были массивные каменные сооружения высотой 7м. люди жили в нем примерно до 1500 года до н.э. Около 7 тыс.лет назад на Ближнем Востоке было много и других городов.

Первые поселения городского типа в Китае две цивилизации возникли в Азии - в Китае и в Индии. Китайская цивилизация начала развиваться более 7 тыс. лет назад, когда люди из племени шан-инь построили первые поселения в долине реки Хуанхэ (Восточный Китай).
Первые города имели немалые размеры (до 6 кв. км.) и часто имели солидные стены.

Чатал-Хююк в Малой Азии на территории современной Турции является одним из самых древних городов мира (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 Город Четал-Хююк расположенный на территории Турции

Eго точный возраст неизвестен, но сохранившиеся остатки датируются 6250г до нашей эры. Для защиты от нападений дома строили вплотную друг к другу, а вход в них находился на крыше. В случае опасности лестницы убирались.

Отрар (Турарбанд, Турар, Тарбанд, Фараб) средневековый (V-ХV) город в Южном Казахстане. Город Отрар известен всему миру как великий город, расположенный на Великом Шелковом пути соединяющий Китай с Центральной Азией и Сибирью. Китайский шелк был основным торговым товаром. Великий Шелковый путь - караванная дорога, которая появилась во втором веке до нашей эры и проходила из Сианя через Ланьчжоу и Дуньхуан, а затем раздваивалась: северная дорога, проследовав через Турфан, пересекала Памир, шла в Фергану и казахские степи; южная проходило мимо озера Лобнор по южной окраине пустыни Такла-Макан через Яркенд и Памир (в южной части) и вела в Бактрию, а оттуда - в Парфию, Индию и на Ближний Восток.

Протяженность Великого Шелкового пути превышает 7 тысяч км. До наших дней сохранились исторические сведения об Отраре как о центре науки и образования (медресе, мечети), искусства и архитектуры. Всемирно известная Отрарская библиотека находилась в этом городе.
Город был окружен стеной, имел три въезда. В эпоху завоеваний Чингисхана Отрар был полностью разрушен (1220г). В начале ХVІ века город перешел к казахом.
Город Хива расположен в Узбекистане на левом берегу Амударьи. В ІХ-Х веках Хива была столицей Хорезма. В Хиве трудились такие великие ученые-энциклопедисты, как Мухаммед аль - Хорезми, Абу Райхан Бируни, Абу Али ибн Сина (Авиценна). Величественные дворцы, мавзолеи, мечети и минареты образовали лучшие архитектурные ансамбли.

Одним из древнейших городов Казахстана является Тараз (рис. 1.2.). Остатки которого скрыты под застройками современного города Тараз. Город расположен на реке Талас и впервые упомянут византийским послом Земархом в 568 году. Через несколько десятков лет, в 630 году о нем сообщает китайский путешественник Сюань-Цзан, назвавший Тараз важным торговым центром, стоящим на Великом Шелковом пути. В VІІІ веке Тараз известен под названием Аргу-Талас, Алтын-Аргу-Талас-улуш, Талас-улуш. Тараз является укрепленным торговым городом с хорошо развитым ремесленным производством. Тараз был знаменит своей общественной баней, построенной в ХІ-ХІІ веках, которая отличалась оригинальной планировкой.

Рисунок 1.2 Древний город Тараз

В конце XIII века Тараз продолжал оставаться важным центром в монгольской империи, а затем в державе Тимура. Был он известен и позднее, вплоть до XVI века, когда земли Семиречья вошли в состав Казахского ханства.

1856г. город получил новое название Аулие-Ата «Святой дед» а в 1936 в январе был переименован в г. Мирзоян (в честь тогдашнего первого секретаря Казахстана).
В мае 1938г. городу было дано название Жамбыл, в честь народного акына Ж. Жабаева. И это название город носил до 8 января 1997 годы, когда Президент Республики Казахстана Н.А. Назарбаев принял исторический указ о переименовании г.Жамбыл в город Тараз.

Туркестан (Ясы) - средневековское (V-VІ) городище на восточной окраине современного города Туркестана в Шымкентской области. Впервые упоминается в источниках со второй половины ХVІ века с того момента, как город стал столицей Казахского ханства. В Х веке в районе Туркестана был известен город Шавгар, который являлся пригородном селением. В XIV веке центральное положение в этом регионе занимает город Ясы, который являлся пригородным селением Шавгара. Период расцвета Ясы приходится на ХVІ -ХV века, когда город интенсивно разросся, чему в немалой степени способствовал рост товарно-денежных отношений, вытеснявших натураль-ный обмен. Ясы в середине века имели собственный монетный двор.

Средневековые историки в начале ХVІ века упоминают о нем как о столичном городе правителей округа и крупном торговом центре, который также как и другие присырдарьинские города, постоянно был в центре военных столкновений. За него сражались с правителями Мавераннахра-Тимуридами- ханы Ак-Орды в ХIV -ХV веках. Именно на территории древнего Туркестана находится мавзолей- мечеть Кожа Ахмеда Яссауи - святыня мусульман всего мира, возведенная по воле Эмира Тимура. Здесь же находятся усыпальницы казахских ханов.

Термин "архитектура системы" часто употребляется как в узком, так и в широком смысле этого слова. В узком смысле под архитектурой понимается архитектура набора команд. Архитектура набора команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов. Следует отметить, что это наиболее частое употребление этого термина. В широком смысле архитектура охватывает понятие организации системы, включающее такие высокоуровневые аспекты разработки компьютера как систему памяти, структуру системной шины, организацию ввода/вывода и т.п.

Применительно к вычислительным системам термин "архитектура" может быть определен как распределение функций, реализуемых системой, между ее уровнями, точнее как определение границ между этими уровнями. Таким образом, архитектура вычислительной системы предполагает многоуровневую организацию. Архитектура первого уровня определяет, какие функции по обработке данных выполняются системой в целом, а какие возлагаются на внешний мир (пользователей, операторов, администраторов баз данных и т.д.). Система взаимодействует с внешним миром через набор интерфейсов: языки (язык оператора, языки программирования, языки описания и манипулирования базой данных, язык управления заданиями) и системные программы (программы-утилиты, программы редактирования, сортировки, сохранения и восстановления информации).

Интерфейсы следующих уровней могут разграничивать определенные уровни внутри программного обеспечения. Например, уровень управления логическими ресурсами может включать реализацию таких функций, как управление базой данных, файлами, виртуальной памятью, сетевой телеобработкой. К уровню управления физическими ресурсами относятся функции управления внешней и оперативной памятью, управления процессами, выполняющимися в системе.

Следующий уровень отражает основную линию разграничения системы, а именно границу между системным программным обеспечением и аппаратурой. Эту идею можно развить и дальше и говорить о распределении функций между отдельными частями физической системы. Например, некоторый интерфейс определяет, какие функции реализуют центральные процессоры, а какие - процессоры ввода/вывода. Архитектура следующего уровня определяет разграничение функций между процессорами ввода/вывода и контроллерами внешних устройств. В свою очередь можно разграничить функции, реализуемые контроллерами и самими устройствами ввода/вывода (терминалами, модемами, накопителями на магнитных дисках и лентах). Архитектура таких уровней часто называется архитектурой физического ввода/вывода.

Архитектура системы команд. Классификация процессоров (CISC и RISC)

Как уже было отмечено, архитектура набора команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов.

Двумя основными архитектурами набора команд, используемыми компьютерной промышленностью на современном этапе развития вычислительной техники являются архитектуры CISC и RISC. Основоположником CISC-архитектуры можно считать компанию IBM с ее базовой архитектурой /360, ядро которой используется с1964 года и дошло до наших дней, например, в таких современных мейнфреймах как IBM ES/9000.

Лидером в разработке микропроцессоров c полным набором команд (CISC - Complete Instruction Set Computer) считается компания Intel со своей серией x86 и Pentium. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров. Для CISC-процессоров характерно: сравнительно небольшое число регистров общего назначения; большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов; большое количество методов адресации; большое количество форматов команд различной разрядности; преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.

Основой архитектуры современных рабочих станций и серверов является архитектура компьютера с сокращенным набором команд (RISC - Reduced Instruction Set Computer). Зачатки этой архитектуры уходят своими корнями к компьютерам CDC6600, разработчики которых (Торнтон, Крэй и др.) осознали важность упрощения набора команд для построения быстрых вычислительных машин. Эту традицию упрощения архитектуры С. Крэй с успехом применил при создании широко известной серии суперкомпьютеров компании Cray Research. Однако окончательно понятие RISC в современном его понимании сформировалось на базе трех исследовательских проектов компьютеров: процессора 801 компании IBM, процессора RISC университета Беркли и процессора MIPS Стенфордского университета.

Разработка экспериментального проекта компании IBM началась еще в конце 70-х годов, но его результаты никогда не публиковались и компьютер на его основе в промышленных масштабах не изготавливался. В 1980 году Д.Паттерсон со своими коллегами из Беркли начали свой проект и изготовили две машины, которые получили названия RISC-I и RISC-II. Главными идеями этих машин было отделение медленной памяти от высокоскоростных регистров и использование регистровых окон. В 1981году Дж.Хеннесси со своими коллегами опубликовал описание стенфордской машины MIPS, основным аспектом разработки которой была эффективная реализация конвейерной обработки посредством тщательного планирования компилятором его загрузки.

Эти три машины имели много общего. Все они придерживались архитектуры, отделяющей команды обработки от команд работы с памятью, и делали упор на эффективную конвейерную обработку. Система команд разрабатывалась таким образом, чтобы выполнение любой команды занимало небольшое количество машинных тактов (предпочтительно один машинный такт). Сама логика выполнения команд с целью повышения производительности ориентировалась на аппаратную, а не на микропрограммную реализацию. Чтобы упростить логику декодирования команд использовались команды фиксированной длины и фиксированного формата.

Среди других особенностей RISC-архитектур следует отметить наличие достаточно большого регистрового файла (в типовых RISC-процессорах реализуются 32 или большее число регистров по сравнению с 8 - 16 регистрами в CISC-архитектурах), что позволяет большему объему данных храниться в регистрах на процессорном кристалле большее время и упрощает работу компилятора по распределению регистров под переменные. Для обработки, как правило, используются трехадресные команды, что помимо упрощения дешифрации дает возможность сохранять большее число переменных в регистрах без их последующей перезагрузки.

Ко времени завершения университетских проектов (1983-1984 гг.) обозначился также прорыв в технологии изготовления сверхбольших интегральных схем. Простота архитектуры и ее эффективность, подтвержденная этими проектами, вызвали большой интерес в компьютерной индустрии и с 1986 года началась активная промышленная реализация архитектуры RISC. К настоящему времени эта архитектура прочно занимает лидирующие позиции на мировом компьютерном рынке рабочих станций и серверов.

Развитие архитектуры RISC в значительной степени определялось прогрессом в области создания оптимизирующих компиляторов. Именно современная техника компиляции позволяет эффективно использовать преимущества большего регистрового файла, конвейерной организации и большей скорости выполнения команд. Современные компиляторы используют также преимущества другой оптимизационной техники для повышения производительности, обычно применяемой в процессорах RISC: реализацию задержанных переходов и суперскалярной обработки, позволяющей в один и тот же момент времени выдавать на выполнение несколько команд.

Следует отметить, что в последних разработках компании Intel (имеется в виду Pentium P54C и процессор следующего поколения P6), а также ее последователей-конкурентов (AMD R5, Cyrix M1, NexGen Nx586 и др.) широко используются идеи, реализованные в RISC-микропроцессорах, так что многие различия между CISC и RISC стираются. Однако сложность архитектуры и системы команд x86 остается и является главным фактором, ограничивающим производительность процессоров на ее основе.

Методы адресации и типы данных

Методы адресации

В машинах к регистрами общего назначения метод (или режим) адресации объектов, с которыми манипулирует команда, может задавать константу, регистр или ячейку памяти. Для обращения к ячейке памяти процессор прежде всего должен вычислить действительный или эффективный адрес памяти, который определяется заданным в команде методом адресации.

На рис. 4.1 представлены все основные методы адресации операндов, которые реализованы в компьютерах, рассмотренных в настоящем обзоре. Адресация непосредственных данных и литеральных констант обычно рассматривается как один из методов адресации памяти (хотя значения данных, к которым в этом случае производятся обращения, являются частью самой команды и обрабатываются в общем потоке команд). Адресация регистров, как правило, рассматривается отдельно. В данном разделе методы адресации, связанные со счетчиком команд (адресация относительно счетчика команд) рассматриваются отдельно. Этот вид адресации используется главным образом для определения программных адресов в командах передачи управления.

На рисунке на примере команды сложения (Add) приведены наиболее употребительные названия методов адресации, хотя при описании архитектуры в документации разные производители используют разные названия для этих методов. На этом рисунке знак "(" используется для обозначения оператора присваивания, а буква М обозначает память (Memory). Таким образом, M обозначает содержимое ячейки памяти, адрес которой определяется содержимым регистра R1.

Использование сложных методов адресации позволяет существенно сократить количество команд в программе, но при этом значительно увеличивается сложность аппаратуры. Возникает вопрос, а как часто эти методы адресации используются в реальных программах? На рис. 4.2 представлены результаты измерений частоты использования различных методов адресации на примере трех популярных программ (компилятора с языка Си GCC, текстового редактора TeX и САПР Spice), выполненных на компьютере VAX.

Рис. 4.1. Методы адресации

Рис. 4.2. Частота использования различных методов адресации на программах TeX, Spice, GCC

Из этого рисунка видно, что непосредственная адресация и базовая со смещением доминируют.

При этом основной вопрос, который возникает для метода базовой адресации со смещением, связан с длиной (разрядностью) смещения. Выбор длины смещения в конечном счете определяет длину команды. Результаты измерений показали, что в подавляющем большинстве случаев длина смещения не превышает16 разрядов.

Этот же вопрос важен и для непосредственной адресации. Непосредственная адресация используется при выполнении арифметических операций, операций сравнения, а также для загрузки констант в регистры. Результаты анализа статистики показывают, что в подавляющем числе случаев 16 разрядов оказывается вполне достаточно (хотя для вычисления адресов намного реже используются и более длинные константы).

Важным вопросом построения любой системы команд является оптимальное кодирование команд. Оно определяется количеством регистров и применяемых методов адресации, а также сложностью аппаратуры, необходимой для декодирования. Именно поэтому в современных RISC-архитектурах используются достаточно простые методы адресации, позволяющие резко упростить декодирование команд. Более сложные и редко встречающиеся в реальных программах методы адресации реализуются с помощью дополнительных команд, что вообще говоря приводит к увеличению размера программного кода. Однако такое увеличение длины программы с лихвой окупается возможностью простого увеличения тактовой частоты RISC-процессоров. Этот процесс мы можем наблюдать сегодня, когда максимальные тактовые частоты практически всех RISC-процессоров (Alpha, R4400, Hyper SPARC и Power2) превышают тактовую частоту, достигнутую процессором Pentium.

Типы команд

Команды традиционного машинного уровня можно разделить на несколько типов, которые показаны на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Основные типы команд

Команды управления потоком команд

В английском языке для указания команд безусловного перехода, как правило, используется термин jump , а для команд условного перехода - термин branch , хотя разные поставщики необязательно придерживаются этой терминологии. Например компания Intel использует термин jump и для условных, и для безусловных переходов. Можно выделить четыре основных типа команд для управления потоком команд: условные переходы, безусловные переходы, вызовы процедур и возвраты из процедур.

Частота использования этих команд по статистике примерно следующая. В программах доминируют команды условного перехода. Среди указанных команд управления на разных программах частота их использования колеблется от 66 до 78%. Следующие по частоте использования - команды безусловного перехода (от 12 до 18%). Частота переходов на выполнение процедур и возврата из них составляет от 10 до 16%.

При этом примерно 90% команд безусловного перехода выполняются относительно счетчика команд. Для команд перехода адрес перехода должен быть всегда заранее известным. Это не относится к адресам возврата, которые не известны во время компиляции программы и должны определяться во время ее работы. Наиболее простой способ определения адреса перехода заключается в указании его положения относительно текущего значения счетчика команд (с помощью смещения в команде), и такие переходы называются переходами относительно счетчика команд. Преимуществом такого метода адресации является то, что адреса переходов, как правило, расположены недалеко от текущего адреса выполняемой команды и указание относительно текущего значения счетчика команд требует небольшого количества бит в смещении. Кроме того, использование адресации относительно счетчика команд позволяет программе выполняться в любом месте памяти, независимо от того, куда она была загружена. То есть этот метод адресации позволяет автоматически создавать перемещаемые программы.

Реализация возвратов и переходов по косвенному адресу, в которых адрес не известен во время компиляции программы, требует методов адресации, отличных от адресации относительно счетчика команд. В этом случае адрес перехода должен определяться динамически во время работы программы. Наиболее простой способ заключается в указании регистра для хранения адреса возврата, либо для перехода может разрешаться любой метод адресации для вычисления адреса перехода.

Одним из ключевых вопросов реализации команд перехода состоит в том, насколько далеко целевой адрес перехода находится от самой команды перехода? И на этот вопрос статистика использования команд дает ответ: в подавляющем большинстве случаев переход идет в пределах 3 - 7 команд относительно команды перехода, причем в 75% случаев выполняются переходы в направлении увеличения адреса, т.е. вперед по программе.

Поскольку большинство команд управления потоком команд составляют команды условного перехода, важным вопросом реализации архитектуры является определение условий перехода. Для этого используются три различных подхода. При первом из них в архитектуре процессора предусматривается специальный регистр, разряды которого соответствуют определенным кодам условий. Команды условного перехода проверяют эти условия в процессе своего выполнения. Преимуществом такого подхода является то, что иногда установка кода условия и переход по нему могут быть выполнены без дополнительных потерь времени, что, впрочем, бывает достаточно редко. А недостатками такого подхода является то, что, во-первых, появляются новые состояния машины, за которыми необходимо следить (упрятывать при прерывании и восстанавливать при возврате из него). Во-вторых, и что очень важно для современных высокоскоростных конвейерных архитектур, коды условий ограничивают порядок выполнения команд в потоке, поскольку их основное назначение заключается в передаче кода условия команде условного перехода.

Второй метод заключается в простом использовании произвольного регистра (возможно одного выделенного) общего назначения. В этом случае выполняется проверка состояния этого регистра, в который предварительно помещается результат операции сравнения. Недостатком этого подхода является необходимость выделения в программе для анализа кодов условий специального регистра.

Третий метод предполагает объединение команды сравнения и перехода в одной команде. Недостатком такого подхода является то, что эта объединенная команда довольно сложна для реализации (в одной команде надо указать и тип условия, и константу для сравнения и адрес перехода). Поэтому в таких машинах часто используется компромиссный вариант, когда для некоторых кодов условий используются такие команды, например, для сравнения с нулем, а для более сложных условий используется регистр условий. Часто для анализа результатов команд сравнения для целочисленных операций и для операций с плавающей точкой используется разная техника, хотя это можно объяснить и тем, что в программах количество переходов по условиям выполнения операций с плавающей точкой значительно меньше общего количества переходов, определяемых результатами работы целочисленной арифметики.

Одним из наиболее заметных свойств большинства программ является преобладание в них сравнений на условие равно/неравно и сравнений с нулем. Поэтому в ряде архитектур такие команды выделяются в отдельный поднабор, особенно при использовании команд типа "сравнить и перейти".

Говорят, что переход выполняется, если истинным является условие, которое проверяет команда условного перехода. В этом случае выполняется переход на адрес, заданный командой перехода. Поэтому все команды безусловного перехода всегда выполняемые. По статистике оказывается, что переходы назад по программе в большинстве случаев используются для организации циклов, причем примерно 60% из них составляют выполняемые переходы. В общем случае поведение команд условного перехода зависит от конкретной прикладной программы, однако иногда сказывается и зависимость от компилятора. Такие зависимости от компилятора возникают вследствие изменений потока управления, выполняемого оптимизирующими компиляторами для ускорения выполнения циклов.

Вызовы процедур и возвраты предполагают передачу управления и возможно сохранение некоторого состояния. Как минимум, необходимо уметь где-то сохранять адрес возврата. Некоторые архитектуры предлагают аппаратные механизмы для сохранения состояния регистров, в других случаях предполагается вставка в программу команд самим компилятором. Имеются два основных вида соглашений относительно сохранения состояния регистров. Сохранение вызывающей (caller saving) программой означает, что вызывающая процедура должна сохранять свои регистры, которые она хочет использовать после возврата в нее. Сохранение вызванной процедурой предполагает, что вызванная процедура должна сохранить регистры, которые она собирается использовать. Имеются случаи, когда должно использоваться сохранение вызывающей процедурой для обеспечения доступа к глобальным переменным, которые должны быть доступны для обеих процедур.

Типы и размеры операндов

Имеется два альтернативных метода определения типа операнда. В первом из них тип операнда может задаваться кодом операции в команде. Это наиболее употребительный способ задания типа операнда. Второй метод предполагает указание типа операнда с помощью тега, который хранится вместе с данными и интерпретируется аппаратурой во время выполнения операций над данными. Этот метод использовался, например, в машинах фирмы Burroughs, но в настоящее время он практически не применяется и все современные процессоры пользуются первым методом.

Обычно тип операнда (например, целый, вещественный с одинарной точностью или символ) определяет и его размер. Однако часто процессоры работают с целыми числами длиною 8, 16, 32 или 64 бит. Как правило целые числа представляются в дополнительном коде. Для задания символов (1 байт = 8 бит) в машинах компании IBM используется код EBCDIC, но в машинах других производителей почти повсеместно применяется кодировка ASCII. Еще до сравнительно недавнего времени каждый производитель процессоров пользовался своим собственным представлением вещественных чисел (чисел с плавающей точкой). Однако за последние несколько лет ситуация изменилась. Большинство поставщиков процессоров в настоящее время для представления вещественных чисел с одинарной и двойной точностью придерживаются стандарта IEEE 754.

В некоторых процессорах используются двоично кодированные десятичные числа, которые представляются в в упакованном и неупакованном форматах. Упакованный формат предполагает, что для кодирования цифр 0-9 используются 4 разряда и что две десятичные цифры упаковываются в каждый байт. В неупакованном формате байт содержит одну десятичную цифру, которая обычно изображается в символьном коде ASCII.

В большинстве процессоров, кроме того, реализуются операции над цепочками (строками) бит, байт, слов и двойных слов.