архитектура компьютера

В компьютерной инженерии архитектура компьютера - это концептуальное проектирование и фундаментальная операционная структура вычислительной системы. Она представляет собой технические чертежи и функциональное описание всех конструктивных требований (особенно скоростей и взаимосвязей), это то, как спроектировать и реализовать различные части вычислительной системы - в значительной степени сосредоточившись на том, как центральный процессор (ЦПУ) работает внутри системы и как он обращается к адресам в памяти.

Его можно определить как науку и искусство выбора и соединения аппаратных компонентов для создания компьютеров, которые отвечают функциональным и эксплуатационным требованиям, а также целям по стоимости.

Архитектура компьютера включает в себя не менее трех основных подкатегорий:

Архитектура набора инструкций, или ISA, представляет собой абстрактную модель вычислительной системы, которую видит программист машинного языка (или языка ассемблера), включая набор инструкций, режимы адресов памяти, регистры процессора, а также форматы адресов и данных.
Микроархитектура, также известная как Computer organization - это более низкий уровень, подробное описание системы, достаточное для полного описания работы всех частей вычислительной системы, а также того, как они взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом для реализации ISA. Размер кэша компьютера, например, является организационной проблемой, которая обычно не имеет никакого отношения к ISA.
Системный дизайн, который включает в себя все остальные аппаратные компоненты внутри вычислительной системы, такие как:

· Системные соединения, такие как компьютерные шины и переключатели.

· Контроллеры памяти и иерархии.

· Механизмы разгрузки процессора, такие как прямой доступ к памяти.

· Такие вопросы, как мульти-обработка.

После того, как и ISA, и микроархитектура были определены, реальная вычислительная система должна быть спроектирована в аппаратном обеспечении. Этот процесс проектирования называется реализацией. Реализация обычно представляет собой процесс аппаратного проектирования.

Реализация может быть далее разбита на три, но не полностью отдельные части:

Логическая реализация: Проектирование блоков, определенных в микроархитектуре, в основном, на уровнях регистр-передача и ворота.
Внедрение схемы: Проектирование на транзисторном уровне основных элементов (ворота, мультиплексоры, флип-шлюзы и т.д.), а также некоторых более крупных блоков (ALU, кэши и т.д.), которые могут быть реализованы на этом уровне, или даже на более низком физическом уровне, из соображений производительности.
Физическая реализация: Физическая реализация: Физические схемы вытягиваются, различные компоненты схемы помещаются в план пола микросхемы или на плату, а соединяющие их провода прокладываются.

Для процессоров весь процесс реализации часто называют проектированием ЦП; это также может быть семейство связанных с ними конструкций ЦП, таких как RISC и CISC.

Больше подопределений

Некоторые практики компьютерной архитектуры используют более тонкие подкатегории:

Макроархитектура: Архитектурные слои, более абстрактные, чем микроархитектура, например ISA.
Архитектура набора инструкций (ISA): Как определено выше.
UISA (Архитектура набора инструкций по использованию микрокодов): Семейство машин с микроархитектурой различного аппаратного уровня может иметь общую архитектуру микрокода, и поэтому называется UISA.
Ассамблея ISA: Умный ассемблер может преобразовать абстрактный язык ассемблера, общий для группы ЦП, в немного другой машинный язык для различных реализаций ЦП.
Видимая макроархитектура программиста: Инструменты языка более высокого уровня, такие как компиляторы, могут определять определенный интерфейс к программистам, использующим их, абстрагируясь от различий между базовыми ISA, UISA и микроархитектурами; например, стандарты C, C++ или Java определяют три различных определенных программных интерфейса.
Пин Архитектура: Набор функций, которые должен обеспечивать микропроцессор с точки зрения аппаратной платформы. Например, сигналы, которые процессор должен излучать во время выполнения инструкции.

Примеры компьютерных архитектур

x86, сделано Intel и AMD.
SPARC, изготовленный компанией Sun Microsystems и другими.
PowerPC, производства Apple, IBM и Motorola.

Связанные страницы

Компьютерное оборудование
Архитектура программного обеспечения
Микроархитектура

Вопросы и ответы

В: Что такое компьютерная архитектура?

О: Архитектура компьютера - это концептуальный дизайн и фундаментальная операционная структура компьютерной системы. Она включает в себя технические чертежи и функциональное описание всех требований к конструкции, таких как скорости и межсоединения, для создания компьютеров, которые отвечают целям производительности, стоимости и функциональности.

В: Каковы три основные подкатегории компьютерной архитектуры?

О: Три основные подкатегории компьютерной архитектуры - это архитектура набора команд (ISA), микроархитектура (также известная как организация компьютера) и проектирование системы.

В: Что включает в себя ISA?

О: Архитектура набора инструкций (ISA) включает в себя абстрактную модель вычислительной системы, которую видит программист на машинном языке или языке ассемблера. Сюда входит набор инструкций, режимы адресации памяти, регистры процессора, форматы адресов и данных.

В: Что включает в себя микроархитектура?

О: Микроархитектура включает в себя детальное описание системы на более низком уровне, достаточное для полного описания работы всех частей вычислительной системы, а также того, как они взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом для реализации ISA.

В: Что включает в себя проектирование системы?

О: Системный дизайн включает в себя все другие аппаратные компоненты вычислительной системы, такие как системные соединения, например, компьютерные шины и коммутаторы; контроллеры памяти; механизмы разгрузки процессора, например, прямой доступ к памяти; вопросы многопроцессорности и т.д.

В: Как реализация разбивается на три части?

О: Реализация может быть разделена на логическую реализацию, которая включает проектирование блоков, определенных в микроархитектуре на уровне регистров-переходов или вентилей; схемную реализацию, которая включает проектирование на уровне транзисторов для основных элементов или более крупных блоков; физическую реализацию, которая включает вычерчивание физических схем, размещение различных компонентов схемы на кристалле или плате, прокладку проводов, соединяющих их вместе.