Kompiuterių architektūra
Kompiuterių inžinerijoje kompiuterių architektūra - tai koncepcinis dizainas ir pagrindinė kompiuterių sistemos veikimo struktūra. Tai techniniai brėžiniai ir funkcinis visų projektavimo reikalavimų (ypač spartos ir jungčių) aprašymas, tai yra, kaip suprojektuoti ir įgyvendinti įvairias kompiuterio dalis - daugiausia dėmesio skiriama tam, kaip centrinis procesorius (CPU) veikia viduje ir kaip jis kreipiasi į atminties adresus.
Ją galima apibrėžti kaip mokslą ir meną, kaip parinkti ir tarpusavyje sujungti aparatinės įrangos komponentus, kad būtų sukurti kompiuteriai, atitinkantys funkcinius, našumo ir kainos tikslus.
Kompiuterių architektūrą sudaro bent trys pagrindinės pakategorės:
- Instrukcijų rinkinio architektūra, arba ISA, yra abstraktus kompiuterinės sistemos modelis, kurį mato mašininės kalbos (arba asemblerio kalbos) programuotojas, įskaitant instrukcijų rinkinį, atminties adresų režimus, procesoriaus registrus, adresų ir duomenų formatus.
- Mikroarchitektūra, dar vadinama kompiuterio organizacija, yra žemesnio lygio, išsamus sistemos aprašymas, kurio pakanka, kad būtų galima visiškai aprašyti visų skaičiavimo sistemos dalių veikimą ir tai, kaip jos tarpusavyje sujungtos ir sąveikauja, kad būtų įgyvendinta ISA. Pavyzdžiui, kompiuterio spartinančiosios atmintinės dydis yra organizacinis klausimas, kuris paprastai neturi nieko bendra su ISA.
- Sistemos projektavimas, kuris apima visus kitus kompiuterių sistemos aparatinės įrangos komponentus, pvz:
· Sistemos jungtys, pavyzdžiui, kompiuterių magistralės ir komutatoriai.
· Atminties valdikliai ir hierarchijos.
· procesoriaus apkrovos mechanizmai, pavyzdžiui, tiesioginė prieiga prie atminties.
· tokie klausimai kaip daugiaprocesorinis apdorojimas.
Nustačius ISA ir mikroarchitektūrą, reikia suprojektuoti tikrąją skaičiavimo sistemą. Šis projektavimo procesas vadinamas įgyvendinimu. Įgyvendinimas paprastai yra techninės įrangos inžinerijos projektavimo procesas.
Įgyvendinimą dar galima suskirstyti į tris, tačiau ne visiškai atskiras dalis:
- Loginis įgyvendinimas: Loginis įgyvendinimas: mikroarchitektūroje apibrėžtų blokų projektavimas, daugiausia registrų perdavimo ir vartų lygmenimis.
- Grandinės įgyvendinimas: Taip pat kai kurių didesnių blokų (ALU, spartinančiosios atmintinės ir kt.), kurie dėl našumo priežasčių gali būti įgyvendinami šiuo lygiu arba net žemesniu fiziniu lygiu, projektavimas tranzistorių lygiu.
- Fizinis įgyvendinimas: Fizinis įgyvendinimas: nubraižomos fizinės grandinės, skirtingi grandinės komponentai išdėstomi mikroschemos plane arba plokštėje ir nutiesiami juos jungiantys laidai.
Procesorių atveju visas diegimo procesas dažnai vadinamas procesoriaus projektavimu; tai taip pat gali būti susijusių procesorių projektų šeima, pavyzdžiui, RISC ir CISC.
Daugiau subapibrėžčių
Kai kurie kompiuterių architektūros specialistai naudoja smulkesnes subkategorijas:
- Makroarchitektūra: ISA: architektūriniai sluoksniai, kurie yra abstraktesni nei mikroarchitektūra, pvz., ISA.
- Instrukcijų rinkinio architektūra (ISA): Kaip apibrėžta pirmiau.
- UISA (mikrokodo instrukcijų rinkinio architektūra): Todėl vadinama UISA.
- Surinkimo ISA: Išmanusis asembleris gali konvertuoti abstrakčią asemblerio kalbą, bendrą grupei procesorių, į šiek tiek kitokią mašininę kalbą skirtingoms procesorių realizacijoms.
- Programuotojo matoma makroarchitektūra: Aukštesnio lygio kalbų įrankiai, pavyzdžiui, kompiliatoriai, gali apibrėžti konkrečią sąsają juos naudojantiems programuotojams, abstrahuojant skirtumus tarp bazinių ISA, UISA ir mikroarchitektūrų; pavyzdžiui, C, C++ arba Java standartai apibrėžia tris skirtingas konkrečias programavimo sąsajas.
- Kaiščių architektūra: Tai funkcijų, kurias mikroprocesorius turi atlikti, rinkinys aparatinės įrangos platformos požiūriu. Pavyzdžiui, signalai, kuriuos procesorius turėtų skleisti vykdydamas instrukciją.
Kompiuterių architektūrų pavyzdžiai
- "Intel" ir AMD sukurtas x86.
- "Sun Microsystems" ir kitų gamintojų SPARC.
- "PowerPC", kurį pagamino "Apple", IBM ir "Motorola".
Susiję puslapiai
- Kompiuterių techninė įranga
- Programinės įrangos architektūra
- Mikroarchitektūra
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra kompiuterių architektūra?
A: Kompiuterių architektūra - tai konceptuali kompiuterių sistemos konstrukcija ir pagrindinė veiklos struktūra. Ji apima techninius brėžinius ir funkcinį visų projektavimo reikalavimų, pavyzdžiui, spartos ir jungčių, aprašymą, siekiant sukurti kompiuterius, atitinkančius našumo, kainos ir funkcinius tikslus.
K: Kokios yra trys pagrindinės kompiuterių architektūros subkategorijos?
A: Trys pagrindinės kompiuterių architektūros pakategorės yra instrukcijų rinkinio architektūra (ISA), mikroarchitektūra (dar vadinama kompiuterio organizacija) ir sistemos projektavimas.
K: Ką apima ISA?
A.: Instrukcijų rinkinio architektūra (ISA) apima abstraktų kompiuterinės sistemos modelį, kurį mato mašinų kalbos arba asemblerio kalbos programuotojas. Tai apima instrukcijų rinkinį, atminties adresų režimus, procesoriaus registrus, adresų ir duomenų formatus.
K: Ką apima mikroarchitektūra?
A: Mikroarchitektūra apima žemesnio lygio detalų sistemos aprašymą, kurio pakanka, kad būtų galima visiškai aprašyti visų skaičiavimo sistemos dalių veikimą ir tai, kaip jos tarpusavyje sujungtos ir sąveikauja viena su kita, kad būtų įgyvendinta ISA.
K: Ką apima sistemos projektavimas?
A: Sistemos projektavimas apima visus kitus kompiuterių sistemos aparatinės įrangos komponentus, tokius kaip sistemos jungtys, pavyzdžiui, kompiuterių magistralės ir komutatoriai, atminties valdikliai, procesoriaus iškrovos mechanizmai, pavyzdžiui, tiesioginė prieiga prie atminties, daugiaprocesorinio apdorojimo klausimai ir t. t.
K: Kaip įgyvendinimas suskirstomas į tris dalis?
A.: Įgyvendinimą galima suskirstyti į loginį įgyvendinimą, kuris apima mikroarchitektūroje apibrėžtų blokų projektavimą registrų perdavimo arba vartų lygmenimis; grandinių įgyvendinimą, kuris apima pagrindinių elementų arba didesnių blokų projektavimą tranzistorių lygmeniu; fizinį įgyvendinimą, kuris apima fizinių grandinių brėžinius, įvairių grandinių komponentų išdėstymą lusto plane arba plokštėje, juos jungiančių laidų nukreipimą.
