Computerarchitectuur

In de computertechniek is computerarchitectuur het conceptuele ontwerp en de fundamentele operationele structuur van een computersysteem. Het is de technische tekeningen en de functionele beschrijving van alle ontwerpvereisten (met name snelheden en onderlinge verbindingen), het is hoe verschillende onderdelen van een computer te ontwerpen en te implementeren - waarbij de aandacht vooral uitgaat naar de manier waarop de centrale verwerkingseenheid (CPU) intern werkt en hoe deze toegang krijgt tot adressen in het geheugen.

Het kan worden gedefinieerd als de wetenschap en de kunst om hardwarecomponenten te selecteren en met elkaar te verbinden om computers te creëren die voldoen aan functionele, prestatie- en kostendoelstellingen.

De computerarchitectuur omvat ten minste drie belangrijke subcategorieën:

  1. Instructieset architectuur, of ISA, is het abstracte model van een computersysteem dat gezien wordt door een machinetaal (of assemblagetaal) programmeur, inclusief de instructieset, geheugenadresmodi, processorregisters en adres- en dataformaten.
  2. Microarchitectuur, ook wel Computerorganisatie genoemd, is een lager niveau, een gedetailleerde beschrijving van het systeem die voldoende is om de werking van alle onderdelen van het computersysteem volledig te beschrijven, en hoe ze met elkaar verbonden zijn en samenwerken om de ISA te implementeren. De grootte van de cache van een computer bijvoorbeeld, is een organisatorische kwestie die over het algemeen niets met de ISA te maken heeft.
  3. Systeemontwerp dat alle andere hardwarecomponenten binnen een computersysteem omvat, zoals:

·         Systeeminterconnecties zoals computerbussen en -schakelaars.

·         Geheugencontrollers en hiërarchieën.

·         CPU off-load mechanismen zoals directe toegang tot het geheugen.

·         Zaken als multi-processing.

Zodra zowel ISA als microarchitectuur is gespecificeerd, moet het eigenlijke computersysteem worden ontworpen in hardware. Dit ontwerpproces wordt implementatie genoemd. Implementatie is meestal een hardware-engineering ontwerpproces.

De uitvoering kan verder worden opgesplitst in drie, maar niet volledig gescheiden stukken:

  • Logische uitvoering: Ontwerp van blokken gedefinieerd in de microarchitectuur, voornamelijk op het niveau van de register-transfer en de poort.
  • Circuit Implementatie: Transistor-niveau ontwerp van basiselementen (poorten, multiplexers, flip-flops, etc.) en van enkele grotere blokken (ALU's, caches, etc.) die kunnen worden geïmplementeerd op dit niveau, of zelfs op een lager fysiek niveau, om redenen van prestatievermogen.
  • Fysieke uitvoering: Fysieke circuits worden uitgetekend, de verschillende circuitcomponenten worden in een chip-vloerplan of op een bord geplaatst en de draden die ze met elkaar verbinden worden gerouteerd.

Voor CPU's wordt het hele implementatieproces vaak CPU-ontwerp genoemd; het kan ook een familie van gerelateerde CPU-ontwerpen zijn, zoals RISC en CISC.

Meer sub-definities

Sommige beoefenaars van computerarchitectuur gebruiken meer fijne subcategorieën:

  • Macroarchitectuur: Architectuurlagen die abstracter zijn dan microarchitectuur, bijvoorbeeld ISA.
  • Instructieset architectuur (ISA): Zoals hierboven gedefinieerd.
  • UISA (Microcode Instruction Set Architecture): Een familie van machines met verschillende hardware-niveau microarchitecturen kan een gemeenschappelijke microcode-architectuur delen, en daarom heet het een UISA.
  • Assemblage ISA: Een slimme monteur kan een abstracte assemblagetaal die gemeenschappelijk is voor een groep CPU's omzetten in een iets andere machinetaal voor verschillende CPU-implementaties.
  • Programmeur Zichtbare Macroarchitectuur: Taalhulpmiddelen op een hoger niveau, zoals compilers, kunnen een bepaalde interface definiëren voor programmeurs die ze gebruiken, waarbij verschillen tussen onderliggende ISA, UISA en microarchitecturen worden geabstraheerd; bijvoorbeeld de C, C++ of Java-standaarden definiëren drie verschillende definitieve programmeerinterfaces.
  • Pin Architecture: De set van functies die een microprocessor geacht wordt te bieden, vanuit het oogpunt van een hardware-platform. Bijvoorbeeld, signalen die de processor geacht wordt uit te zenden tijdens het uitvoeren van een instructie.


Voorbeelden van computerarchitecturen

  • De x86, gemaakt door Intel en AMD.
  • De SPARC, gemaakt door Sun Microsystems en anderen.
  • De PowerPC, gemaakt door Apple, IBM en Motorola.

Gerelateerde pagina's

Vragen en antwoorden

V: Wat is computerarchitectuur?


A: Computerarchitectuur is het conceptuele ontwerp en de fundamentele operationele structuur van een computersysteem. Het omvat de technische tekeningen en functionele beschrijving van alle ontwerpvereisten, zoals snelheden en interconnecties, om computers te maken die voldoen aan prestatie-, kosten- en functionele doelstellingen.

V: Wat zijn de drie belangrijkste subcategorieën van computerarchitectuur?


A: De drie belangrijkste subcategorieën van computerarchitectuur zijn Instructieset-architectuur (ISA), Microarchitectuur (ook bekend als Computerorganisatie) en Systeemontwerp.

V: Wat houdt ISA in?


A: De Instructieset-architectuur (ISA) omvat een abstract model van een computersysteem dat gezien wordt door een programmeur in machinetaal of assemblagetaal. Dit omvat de instructieset, geheugenadresmodi, processorregisters en adres- en gegevensformaten.

V: Wat houdt microarchitectuur in?


A: Microarchitectuur behelst een gedetailleerde beschrijving van het systeem op een lager niveau, die volstaat om de werking van alle onderdelen van het computersysteem volledig te beschrijven, alsmede de wijze waarop zij onderling verbonden zijn en op elkaar inwerken om de ISA te implementeren.

V: Wat houdt Systeemontwerp in?


A: Het systeemontwerp omvat alle andere hardwarecomponenten binnen een computersysteem, zoals systeeminterconnecties zoals computerbussen en schakelaars; geheugencontrollers; CPU off-load mechanismen zoals directe geheugentoegang; multiprocessing kwesties; enz.

V: Hoe wordt implementatie opgedeeld in drie stukken?


A: Implementatie kan worden onderverdeeld in Logische Implementatie, waaronder het ontwerpen van blokken gedefinieerd in de microarchitectuur op register- of gate-niveau; Circuit Implementatie, waaronder ontwerp op transistorniveau voor basiselementen of grotere blokken; Fysieke Implementatie, waaronder het uittekenen van fysieke circuits, het plaatsen van verschillende circuitcomponenten op een plattegrond of bord van een chip, het leggen van draden om ze met elkaar te verbinden.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3