Calculatoarelor

În ingineria calculatoarelor, arhitectura calculatoarelor reprezintă proiectarea conceptuală și structura operațională fundamentală a unui sistem informatic. Ea reprezintă desenele tehnice și descrierea funcțională a tuturor cerințelor de proiectare (în special viteze și interconexiuni), reprezintă modul de proiectare și implementare a diferitelor părți ale unui calculator - concentrându-se în mare parte pe modul în care unitatea centrală de procesare (CPU) funcționează în interior și pe modul în care aceasta accesează adresele din memorie.

Aceasta poate fi definită ca fiind știința și arta de a selecta și interconecta componentele hardware pentru a crea calculatoare care îndeplinesc obiective funcționale, de performanță și de cost.

Arhitectura calculatoarelor include cel puțin trei subcategorii principale:

  1. Arhitectura setului de instrucțiuni, sau ISA, este modelul abstract al unui sistem de calcul care este văzut de un programator în limbaj de mașină (sau limbaj de asamblare), inclusiv setul de instrucțiuni, modurile de adresare a memoriei, registrele procesorului și formatele de adrese și date.
  2. Microarhitectura, cunoscută și sub numele de Organizarea calculatoarelor, este un nivel inferior, o descriere detaliată a sistemului care este suficientă pentru a descrie complet funcționarea tuturor părților sistemului de calcul, precum și modul în care acestea sunt interconectate și interfuncționează pentru a implementa ISA. Dimensiunea memoriei cache a unui calculator, de exemplu, este o problemă de organizare care, în general, nu are nimic de-a face cu ISA.
  3. Proiectarea sistemului, care include toate celelalte componente hardware ale unui sistem de calcul, cum ar fi:

·         Interconexiuni de sistem, cum ar fi autobuzele și comutatoarele de calculator.

·         Controlere și ierarhii de memorie.

·         Mecanisme de descărcare de sarcină a procesorului, cum ar fi accesul direct la memorie.

·         Probleme precum multiprocesarea.

Odată ce atât ISA, cât și microarhitectura au fost specificate, sistemul de calcul propriu-zis trebuie să fie proiectat în hardware. Acest proces de proiectare se numește implementare. Implementarea este, de obicei, un proces de proiectare de inginerie hardware.

Punerea în aplicare poate fi împărțită în continuare în trei părți, dar nu complet separate:

  • Implementarea logicii: Proiectarea blocurilor definite în microarhitectură, în principal, la nivelul registrelor-transfer și al porților.
  • Implementarea circuitului: Proiectarea la nivel de tranzistor a elementelor de bază (porți, multiplexoare, flip-flops etc.), precum și a unor blocuri mai mari (ALU, cache-uri etc.) care pot fi implementate la acest nivel sau chiar la un nivel fizic inferior, din motive de performanță.
  • Implementarea fizică: Circuitele fizice sunt desenate, diferitele componente ale circuitului sunt plasate într-un plan de bază al cipului sau pe o placă, iar firele care le conectează sunt trase.

În cazul procesoarelor, întregul proces de implementare se numește adesea proiectare CPU; poate fi vorba, de asemenea, de o familie de proiecte de CPU înrudite, cum ar fi RISC și CISC.

Mai multe subdefiniții

Unii practicieni în domeniul arhitecturii calculatoarelor folosesc subcategorii mai fine:

  • Macroarhitectura: Straturi arhitecturale care sunt mai abstracte decât microarhitectura, de exemplu ISA.
  • Arhitectura setului de instrucțiuni (ISA): Conform definiției de mai sus.
  • UISA (Microcode Instruction Set Architecture): O familie de mașini cu microarhitecturi diferite la nivel hardware poate avea o arhitectură comună de microcoduri și, prin urmare, se numește UISA.
  • Ansamblu ISA: Un asamblor inteligent poate converti un limbaj de asamblare abstract comun unui grup de unități centrale de procesare în limbaj de mașină ușor diferit pentru diferite implementări de unități centrale de procesare.
  • Macroarhitectura vizibilă pentru programator: Instrumentele de limbaj de nivel superior, cum ar fi compilatoarele, pot defini o interfață definită pentru programatorii care le utilizează, făcând abstracție de diferențele dintre ISA, UISA și microarhitecturile subiacente; de exemplu, standardele C, C++ sau Java definesc trei interfețe de programare definite diferite.
  • Arhitectura pinilor: Ansamblul de funcții pe care un microprocesor trebuie să le asigure, din punctul de vedere al unei platforme hardware. De exemplu, semnalele pe care procesorul trebuie să le emită în timpul executării unei instrucțiuni.

Exemple de arhitecturi de calculatoare

  • x86, fabricat de Intel și AMD.
  • SPARC, produs de Sun Microsystems și alții.
  • PowerPC, fabricat de Apple, IBM și Motorola.

Pagini conexe

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este arhitectura calculatoarelor?


R: Arhitectura calculatoarelor reprezintă proiectarea conceptuală și structura operațională fundamentală a unui sistem informatic. Aceasta implică desenele tehnice și descrierea funcțională a tuturor cerințelor de proiectare, cum ar fi vitezele și interconexiunile, pentru a crea calculatoare care să îndeplinească obiectivele de performanță, cost și funcționalitate.

Î: Care sunt cele trei subcategorii principale ale arhitecturii calculatoarelor?


R: Cele trei subcategorii principale ale arhitecturii calculatoarelor sunt: arhitectura setului de instrucțiuni (ISA), microarhitectura (cunoscută și sub numele de organizarea calculatoarelor) și proiectarea sistemului.

Î: Ce presupune ISA?


R: Arhitectura setului de instrucțiuni (ISA) implică un model abstract al unui sistem de calcul care este văzut de un programator în limbaj de mașină sau în limbaj de asamblare. Aceasta include setul de instrucțiuni, modurile de adresare a memoriei, registrele procesorului și formatele de adrese și date.

Î: Ce presupune microarhitectura?


R: Microarhitectura implică o descriere detaliată de nivel inferior a sistemului, care este suficientă pentru a descrie complet funcționarea tuturor părților sistemului de calcul, precum și modul în care acestea sunt interconectate și interacționează între ele pentru a implementa ISA.

Î: Ce presupune proiectarea sistemului?


R: Proiectarea sistemului implică toate celelalte componente hardware din cadrul unui sistem de calcul, cum ar fi interconexiunile de sistem, cum ar fi autobuzele și comutatoarele de calculatoare; controlerele de memorie; mecanismele de descărcare a procesorului, cum ar fi accesul direct la memorie; probleme de multiprocesare etc.

Î: Cum se împarte implementarea în trei părți?


R: Implementarea poate fi împărțită în: implementare logică, care include proiectarea blocurilor definite în microarhitectură la nivel de transfer de registre sau de porți; implementare de circuite, care include proiectarea la nivel de tranzistori pentru elemente de bază sau blocuri mai mari; implementare fizică, care include desenarea circuitelor fizice, plasarea diferitelor componente de circuite pe un plan sau pe o placă de circuit imprimat, rutarea firelor care le conectează între ele.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3