Datora arhitektūra
Datortehnikā datoru arhitektūra ir datorsistēmas konceptuālais dizains un darbības pamatstruktūra. Tā ir visu konstrukcijas prasību (jo īpaši ātruma un starpsavienojumu) tehniskie rasējumi un funkcionālais apraksts, tas ir veids, kā projektēt un realizēt dažādas datora daļas - galvenokārt koncentrējoties uz to, kā centrālais procesors (CPU) darbojas iekšēji un kā tas piekļūst adresēm atmiņā.
To var definēt kā zinātni un mākslu izvēlēties un savstarpēji savienot aparatūras komponentus, lai izveidotu datorus, kas atbilst funkcionālajiem, veiktspējas un izmaksu mērķiem.
Datoru arhitektūra ietver vismaz trīs galvenās apakškategorijas:
- Instrukciju kopuma arhitektūra jeb ISA ir abstraktais skaitļošanas sistēmas modelis, ko redz mašīnvalodas (vai asembleru valodas) programmētājs, tostarp instrukciju kopums, atmiņas adrešu režīmi, procesora reģistri, kā arī adrešu un datu formāti.
- Mikroarhitektūra, saukta arī par datora organizāciju, ir zemāka līmeņa detalizēts sistēmas apraksts, kas ir pietiekams, lai pilnībā aprakstītu visu skaitļošanas sistēmas daļu darbību un to, kā tās ir savstarpēji savienotas un sadarbojas, lai īstenotu ISA. Piemēram, datora kešatmiņas lielums ir organizatorisks jautājums, kam parasti nav nekāda sakara ar ISA.
- Sistēmas projektēšana, kas ietver visus pārējos skaitļošanas sistēmas aparatūras komponentus, piemēram:
· Sistēmu starpsavienojumi, piemēram, datoru kopnes un komutatori.
· Atmiņas kontrolieri un hierarhijas.
· procesora atslogošanas mehānismi, piemēram, tiešā piekļuve atmiņai.
· Tādi jautājumi kā daudzprocesoru apstrāde.
Kad ir noteikta gan ISA, gan mikroarhitektūra, faktiskā skaitļošanas sistēma ir jāprojektē aparatūrā. Šo projektēšanas procesu sauc par implementāciju. Īstenošana parasti ir aparatūras inženierijas projektēšanas process.
Īstenošanu var iedalīt trijās, bet ne pilnībā atsevišķās daļās:
- Loģikas īstenošana: Loģiskā loģika: mikroarhitektūrā definēto bloku projektēšana, galvenokārt reģistru pārneses un vārtu līmenī.
- Ķēžu īstenošana: (vārti, multipleksori, flip-flopi u. c.), kā arī dažu lielāku bloku (ALU, kešatmiņas u. c.), kurus veiktspējas apsvērumu dēļ var realizēt šajā līmenī vai pat zemākā fiziskajā līmenī, projektēšana tranzistora līmenī.
- Fiziskā īstenošana: Fiziskais izpildījums: tiek uzzīmētas fiziskās shēmas, dažādi shēmas komponenti tiek izvietoti mikroshēmas plānā vai uz plates, un tiek izvietoti tos savienojošie vadi.
Procesoru gadījumā visu ieviešanas procesu bieži sauc par procesora projektēšanu; tā var būt arī radniecīgu procesoru projektu saime, piemēram, RISC un CISC.
Vairāk apakšdefinīciju
Daži datoru arhitektūras praktiķi izmanto sīkākas apakškategorijas:
- Makroarhitektūra: Arhitektūras slāņi, kas ir abstraktāki nekā mikroarhitektūra, piemēram, ISA.
- Instrukciju kopas arhitektūra (ISA): Kā definēts iepriekš.
- UISA (mikrokoda instrukciju kopas arhitektūra): Mašīnu saimei ar dažādām aparatūras līmeņa mikroarhitektūrām var būt kopīga mikrokoda arhitektūra, un tāpēc to sauc par UISA.
- Montāžas ISA: Vieds asembleris var konvertēt abstrakto asemblera valodu, kas ir kopīga procesoru grupai, nedaudz atšķirīgā mašīnvalodā dažādām procesoru implementācijām.
- Programmētāja redzamā makroarhitektūra: Augstāka līmeņa valodu rīki, piemēram, kompilatori, var definēt noteiktu saskarni programmētājiem, kas tos izmanto, abstrahējoties no atšķirībām starp pamatā esošo ISA, UISA un mikroarhitektūru; piemēram, C, C++ vai Java standarti definē trīs dažādas noteiktas programmēšanas saskarnes.
- Pin arhitektūra: Funkciju kopums, kas mikroprocesoram jānodrošina no aparatūras platformas viedokļa. Piemēram, signāli, kas procesoram jāizstaro instrukcijas izpildes laikā.
Datoru arhitektūru piemēri
- Intel un AMD ražotais x86.
- SPARC, ko ražo Sun Microsystems un citi.
- PowerPC, ko ražo Apple, IBM un Motorola.
Saistītās lapas
- Datoru aparatūra
- Programmatūras arhitektūra
- Mikroarhitektūra
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir datora arhitektūra?
A: Datoru arhitektūra ir datorsistēmas konceptuālais dizains un darbības pamatstruktūra. Tā ietver visu konstrukcijas prasību, piemēram, ātruma un savstarpējo savienojumu, tehniskos rasējumus un funkcionālo aprakstu, lai izveidotu datoru, kas atbilst veiktspējas, izmaksu un funkcionālajiem mērķiem.
J: Kādas ir trīs galvenās datoru arhitektūras apakškategorijas?
A: Trīs galvenās datoru arhitektūras apakškategorijas ir instrukciju kopas arhitektūra (ISA), mikroarhitektūra (pazīstama arī kā datora organizācija) un sistēmas projektēšana.
J: Ko ietver ISA?
A. Instrukciju kopas arhitektūra (ISA) ietver abstraktu datorsistēmas modeli, ko redz mašīnvalodas vai asemblervalodas programmētājs. Tas ietver instrukciju kopumu, atmiņas adreses režīmus, procesora reģistrus, kā arī adrešu un datu formātus.
J: Ko ietver mikroarhitektūra?
A: Mikroarhitektūra ietver zemāka līmeņa detalizētu sistēmas aprakstu, kas ir pietiekams, lai pilnībā aprakstītu visu skaitļošanas sistēmas daļu darbību, kā arī to, kā tās ir savstarpēji savienotas un mijiedarbojas cita ar citu, lai īstenotu ISA.
J: Ko ietver sistēmas projektēšana?
A: Sistēmas projektēšana ietver visus pārējos skaitļošanas sistēmas aparatūras komponentus, piemēram, sistēmas starpsavienojumus, piemēram, datoru kopnes un komutatorus, atmiņas kontrolierus, procesora atslogošanas mehānismus, piemēram, tiešo piekļuvi atmiņai, daudzprocesoru problēmas utt.
J: Kā īstenošana ir sadalīta trīs daļās?
A: Implementāciju var iedalīt loģiskajā implementācijā, kas ietver mikroarhitektūrā definēto bloku projektēšanu reģistru pārneses vai vārtu līmenī; shēmas implementācijā, kas ietver pamatelementu vai lielāku bloku projektēšanu tranzistoru līmenī; fiziskajā implementācijā, kas ietver fizisku shēmu zīmēšanu, dažādu shēmas komponentu izvietošanu mikroshēmas plānā vai uz plates, vadu maršrutēšanu, kas tos savieno kopā.
