Računalniška arhitektura
Računalniška arhitektura je v računalniškem inženirstvu konceptualna zasnova in temeljna operativna struktura računalniškega sistema. Gre za tehnične risbe in funkcionalni opis vseh oblikovnih zahtev (zlasti hitrosti in medsebojnih povezav), gre za način načrtovanja in izvedbe različnih delov računalnika - pri čemer se osredotoča predvsem na način notranjega delovanja centralne procesne enote (CPU) in njenega dostopa do naslovov v pomnilniku.
Opredelimo ga lahko kot znanost in umetnost izbire in povezovanja strojnih komponent za izdelavo računalnikov, ki izpolnjujejo funkcionalne, zmogljivostne in stroškovne cilje.
Računalniška arhitektura vključuje vsaj tri glavne podkategorije:
- Arhitektura nabora ukazov ali ISA je abstraktni model računalniškega sistema, ki ga vidi programer strojnega jezika (ali jezika zbirke), vključno z naborom ukazov, načini pomnilniških naslovov, procesorskimi registri ter oblikami naslovov in podatkov.
- Mikroarhitektura, znana tudi kot računalniška organizacija, je nižja raven, podroben opis sistema, ki zadostuje za popoln opis delovanja vseh delov računalniškega sistema ter njihovega medsebojnega povezovanja in delovanja za izvajanje ISA. Velikost predpomnilnika računalnika je na primer organizacijsko vprašanje, ki na splošno nima nobene zveze z ISA.
- Oblikovanje sistema, ki vključuje vse druge komponente strojne opreme v računalniškem sistemu, kot so:
· Sistemske povezave, kot so računalniška vodila in stikala.
· Pomnilniški krmilniki in hierarhije.
· mehanizmi za razbremenitev procesorja, kot je neposredni dostop do pomnilnika.
· Vprašanja, kot je večopravilnost.
Ko sta določena ISA in mikroarhitektura, je treba dejanski računalniški sistem zasnovati v strojni opremi. Ta postopek načrtovanja se imenuje izvajanje. Izvajanje je običajno postopek načrtovanja strojne opreme.
Izvajanje lahko nadalje razdelimo na tri, vendar ne povsem ločene dele:
- Izvajanje logike: Oblikovanje blokov, opredeljenih v mikroarhitekturi, predvsem na ravni prenosa registrov in vrat.
- Izvedba vezja: (vrata, multipleksorji, flip-flopi itd.) in nekaterih večjih blokov (ALU, predpomnilniki itd.), ki se lahko zaradi učinkovitosti izvedejo na tej ravni ali celo na nižjem fizičnem nivoju.
- Fizično izvajanje: Fizična izvedba: Fizična vezja so narisana, različne komponente vezja so nameščene v načrt čipa ali na ploščo, žice, ki jih povezujejo, pa so speljane.
Pri procesorjih se celoten postopek implementacije pogosto imenuje zasnova procesorja; lahko gre tudi za družino sorodnih zasnov procesorjev, kot sta RISC in CISC.
Več poddefinicij
Nekateri strokovnjaki s področja računalniške arhitekture uporabljajo bolj drobne podkategorije:
- Makroarhitektura: Arhitekturni sloji, ki so bolj abstraktni od mikroarhitekture, na primer ISA.
- Arhitektura nabora ukazov (ISA): Kot je opredeljeno zgoraj.
- UISA (Microcode Instruction Set Architecture): Družina strojev z različnimi mikroarhitekturami na ravni strojne opreme ima lahko skupno arhitekturo mikrokode in se zato imenuje UISA.
- Montaža ISA: Pametni asembler lahko abstraktni skupinski jezik, ki je skupen skupini procesorjev, pretvori v nekoliko drugačen strojni jezik za različne izvedbe procesorjev.
- Vidna makroarhitektura za programerje: Standardi C, C++ ali Java na primer določajo tri različne vmesnike za programerje, ki jih uporabljajo, pri čemer so razlike med osnovnimi ISA, UISA in mikroarhitekturami abstraktne.
- Arhitektura pinov: Vključitev: Nabor funkcij, ki naj bi jih zagotavljal mikroprocesor z vidika strojne platforme. Na primer signali, ki naj bi jih procesor oddajal med izvajanjem navodil.
Primeri računalniških arhitektur
- x86, ki sta ga izdelala Intel in AMD.
- SPARC, ki so ga izdelali Sun Microsystems in drugi.
- PowerPC, ki so ga izdelali Apple, IBM in Motorola.
Sorodne strani
- Računalniška strojna oprema
- Arhitektura programske opreme
- Mikroarhitektura
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je računalniška arhitektura?
O: Računalniška arhitektura je konceptualna zasnova in temeljna operativna struktura računalniškega sistema. Vključuje tehnične risbe in funkcionalne opise vseh zahtev zasnove, kot so hitrosti in medsebojne povezave, da bi ustvarili računalnike, ki izpolnjujejo cilje glede zmogljivosti, stroškov in funkcionalnosti.
V: Katere so tri glavne podkategorije računalniške arhitekture?
O: Tri glavne podkategorije računalniške arhitekture so arhitektura nabora ukazov (ISA), mikroarhitektura (znana tudi kot organizacija računalnika) in zasnova sistema.
V: Kaj vključuje ISA?
O: Arhitektura nabora ukazov (ISA) vključuje abstraktni model računalniškega sistema, ki ga vidi programer strojnega jezika ali jezika zbirke. Vključuje nabor ukazov, naslovne načine pomnilnika, registre procesorja ter naslovne in podatkovne formate.
V: Kaj vključuje mikroarhitektura?
O: Mikroarhitektura vključuje podroben opis sistema na nižji ravni, ki zadostuje za popoln opis delovanja vseh delov računalniškega sistema ter njihovega medsebojnega povezovanja in interakcije za izvajanje ISA.
V: Kaj vključuje načrtovanje sistema?
O: Oblikovanje sistema vključuje vse druge strojne komponente v računalniškem sistemu, kot so sistemske povezave, na primer računalniška vodila in stikala, pomnilniški krmilniki, mehanizmi za razbremenitev procesorja, na primer neposredni dostop do pomnilnika, vprašanja večopravilnosti itd.
V: Kako je izvajanje razdeljeno na tri dele?
O: Izvajanje lahko razdelimo na logično izvajanje, ki vključuje načrtovanje blokov, opredeljenih v mikroarhitekturi na ravni prenosa registrov ali vrat; izvajanje vezij, ki vključuje načrtovanje osnovnih elementov ali večjih blokov na ravni tranzistorjev; fizično izvajanje, ki vključuje izris fizičnih vezij, postavitev različnih komponent vezij na načrt čipa ali plošče, napeljevanje žic, ki jih povezujejo med seboj.
