Számítógép-architektúra
A számítástechnikában a számítógép-architektúra egy számítógépes rendszer koncepcionális tervezése és alapvető működési struktúrája. Ez az összes tervezési követelmény (különösen a sebességek és az összeköttetések) műszaki rajzai és funkcionális leírása, a számítógép különböző részeinek tervezése és megvalósítása - nagyrészt arra összpontosítva, hogy a központi feldolgozó egység (CPU) hogyan működik belsőleg, és hogyan fér hozzá a memóriában lévő címekhez.
A hardverkomponensek kiválasztásának és összekapcsolásának tudománya és művészete, amelynek célja olyan számítógépek létrehozása, amelyek megfelelnek a funkcionális, teljesítménybeli és költségcéloknak.
A számítógép-architektúra legalább három fő alkategóriát foglal magában:
- Az utasításkészlet-architektúra vagy ISA a számítástechnikai rendszer absztrakt modellje, amelyet a gépi nyelven (vagy assembly nyelven) programozó lát, beleértve az utasításkészletet, a memória címzési módokat, a processzor regisztereit, valamint a cím- és adatformátumokat.
- A mikroarchitektúra, más néven számítógép-szervezés egy alacsonyabb szintű, részletes leírása a rendszernek, amely elegendő a számítási rendszer minden részének működésének teljes körű leírására, valamint arra, hogy ezek hogyan kapcsolódnak egymáshoz és hogyan működnek együtt az ISA megvalósítása érdekében. A számítógép gyorsítótárának mérete például olyan szervezési kérdés, amelynek általában semmi köze az ISA-hoz.
- Rendszertervezés, amely magában foglalja a számítástechnikai rendszer összes többi hardverkomponensét, mint például:
· Rendszerösszekötők, például számítógépes buszok és kapcsolók.
· Memóriavezérlők és hierarchiák.
· A CPU tehermentesítő mechanizmusok, mint például a közvetlen memóriaelérés.
· Olyan kérdések, mint a többprocesszoros feldolgozás.
Miután mind az ISA, mind a mikroarchitektúra meghatározásra került, a tényleges számítási rendszert hardverre kell tervezni. Ezt a tervezési folyamatot nevezzük megvalósításnak. A megvalósítás általában hardvertervezési folyamat.
A végrehajtás három, de nem teljesen különálló részre bontható tovább:
- Logikai megvalósítás: A mikroarchitektúrában meghatározott blokkok tervezése, elsősorban a regiszter-transzfer és a kapu szinteken.
- Áramkör megvalósítása: Az alapelemek (kapuk, multiplexerek, flip-flopok stb.), valamint néhány nagyobb blokk (ALU-k, gyorsítótárak stb.) tranzisztorszintű tervezése, amelyeket a teljesítmény miatt ezen a szinten, vagy akár alacsonyabb fizikai szinten is meg lehet valósítani.
- Fizikai megvalósítás: A fizikai áramkörök megrajzolása, a különböző áramköri elemek elhelyezése egy chip alaprajzán vagy egy táblán, valamint az őket összekötő vezetékek elvezetése.
A CPU-k esetében a teljes megvalósítási folyamatot gyakran CPU-tervezésnek nevezik; ez lehet rokon CPU-tervek családja is, mint például a RISC és a CISC.
További almeghatározások
A számítógép-architektúra egyes művelői finomabb alkategóriákat használnak:
- Makroarchitektúra: A mikroarchitektúránál absztraktabb építészeti rétegek, például ISA.
- Az utasításkészlet-architektúra (ISA): A fenti meghatározás szerint.
- UISA (mikrokód utasításkészlet architektúra): A különböző hardver szintű mikroarchitektúrával rendelkező gépek családja közös mikrokódarchitektúrán osztozhat, ezért UISA-nak nevezik.
- Összeszerelés ISA: Egy intelligens asszembler egy CPU-csoport számára közös absztrakt assembly nyelvet a különböző CPU-megvalósítások számára kissé eltérő gépi nyelvvé alakíthat át.
- Programozó számára látható makroarchitektúra: A magasabb szintű nyelvi eszközök, mint például a fordítóprogramok, meghatározhatnak egy meghatározott interfészt az őket használó programozók számára, absztrahálva a mögöttes ISA, UISA és mikroarchitektúrák közötti különbségeket; például a C, C++ vagy Java szabványok három különböző meghatározott programozási interfészt határoznak meg.
- Tüskearchitektúra: A mikroprocesszor által a hardverplatform szempontjából elvárt funkciók összessége. Például azok a jelek, amelyeket a processzor várhatóan kibocsát egy utasítás végrehajtása során.
Példák számítógépes architektúrákra
- Az Intel és az AMD által gyártott x86.
- A Sun Microsystems és mások által gyártott SPARC.
- Az Apple, az IBM és a Motorola által gyártott PowerPC.
Kapcsolódó oldalak
- Számítógépes hardver
- Szoftverarchitektúra
- Mikroarchitektúra
Kérdések és válaszok
K: Mi az a számítógép architektúra?
V: A számítógép-architektúra egy számítógépes rendszer koncepcionális felépítése és alapvető működési struktúrája. Magában foglalja a műszaki rajzokat és az összes tervezési követelmény, például a sebességek és az összeköttetések funkcionális leírását annak érdekében, hogy olyan számítógépeket hozzanak létre, amelyek megfelelnek a teljesítmény-, költség- és funkcionális céloknak.
K: Mi a számítógép-architektúra három fő alkategóriája?
V: A számítógép-architektúra három fő alkategóriája az utasításkészlet-architektúra (ISA), a mikroarchitektúra (más néven számítógép-szervezés) és a rendszertervezés.
K: Mit foglal magában az ISA?
V: Az utasításkészlet-architektúra (ISA) a számítógépes rendszer absztrakt modelljét jelenti, amelyet egy gépi nyelven vagy assembly nyelven programozó lát. Ez magában foglalja az utasításkészletet, a memóriacímzési módokat, a processzorregisztereket, valamint a cím- és adatformátumokat.
K: Mit foglal magában a mikroarchitektúra?
V: A mikroarchitektúra a rendszer alacsonyabb szintű részletes leírását foglalja magában, amely elegendő a számítástechnikai rendszer minden részének működésének teljes leírásához, valamint ahhoz, hogy hogyan kapcsolódnak egymáshoz és hogyan lépnek kölcsönhatásba egymással az ISA megvalósítása érdekében.
K: Mit foglal magában a rendszertervezés?
V: A rendszertervezés magában foglalja a számítástechnikai rendszer összes többi hardverkomponensét, például a rendszerösszeköttetéseket, például a számítógépes buszokat és kapcsolókat; a memóriavezérlőket; a CPU-t terhelésmentesítő mechanizmusokat, például a közvetlen memóriaelérést; a többprocessziós kérdéseket stb.
K: Hogyan oszlik a megvalósítás három részre?
V: A megvalósítás logikai megvalósításra bontható, amely magában foglalja a mikroarchitektúrában meghatározott blokkok tervezését regiszter-transzfer vagy kapuszinten; áramköri megvalósítás, amely magában foglalja az alapelemek vagy nagyobb blokkok tranzisztorszintű tervezését; fizikai megvalósítás, amely magában foglalja a fizikai áramkörök megrajzolását, a különböző áramköri elemek elhelyezését a chip alaprajzán vagy lapján, az őket összekötő vezetékek elvezetését.
