Arhitektuur (infotehnoloogia)

Arvutitehnikas on arvutiarhitektuur arvutisüsteemi kontseptuaalne disain ja põhiline tööstruktuur. See on tehniliste jooniste ja kõigi projekteerimisnõuete (eriti kiiruste ja ühenduste) funktsionaalne kirjeldus, see on see, kuidas projekteerida ja rakendada arvuti erinevaid osi - keskendudes peamiselt sellele, kuidas keskprotsessor (CPU) sisemiselt töötab ja kuidas ta pöördub mälu aadresside poole.

Seda võib määratleda kui riistvarakomponentide valimise ja ühendamise teadust ja kunsti, et luua funktsionaalsetele, jõudlus- ja kulueesmärkidele vastavaid arvuteid.

Arvutite arhitektuur hõlmab vähemalt kolme peamist alaliiki:

Käskude komplekti arhitektuur ehk ISA on arvutisüsteemi abstraktne mudel, mida näeb masinakeele (või assembleri) programmeerija, sealhulgas käsukomplekt, mälu aadressirežiimid, protsessoriregistrid ning aadressi- ja andmeformaadid.
Mikroarhitektuur, tuntud ka kui arvutikorraldus, on madalam tase, süsteemi üksikasjalik kirjeldus, mis on piisav, et kirjeldada täielikult arvutisüsteemi kõigi osade toimimist ja seda, kuidas need on omavahel seotud ja toimivad omavahel, et rakendada ISA. Näiteks arvuti vahemälu suurus on organisatsiooniline küsimus, millel ei ole üldjuhul ISAga midagi pistmist.
Süsteemidisain, mis hõlmab kõiki teisi arvutisüsteemi riistvarakomponente, näiteks:

· Süsteemidevahelised ühendused, näiteks arvutibussid ja lülitid.

· Mälu kontrollerid ja hierarhiad.

· protsessori väljalülitamise mehhanismid, näiteks otsene juurdepääs mälule.

· Probleemid nagu multiprotsessorlus.

Kui nii ISA kui ka mikroarhitektuur on kindlaks määratud, tuleb tegelik arvutisüsteem projekteerida riistvarasse. Seda projekteerimisprotsessi nimetatakse implementatsiooniks. Rakendamine on tavaliselt riistvara projekteerimise protsess.

Rakendamise võib jagada edasi kolmeks, kuid mitte täiesti eraldiseisvaks osaks:

Loogika rakendamine: Mikroarhitektuuris määratletud plokkide projekteerimine, peamiselt registrite ja väravate tasandil.
Ringluse rakendamine: Põhielementide (väravad, multiplekserid, flip-flopid jne) ning mõnede suuremate plokkide (ALUd, vahemälud jne) transistoritasandi projekteerimine, mida võib jõudluse tõttu rakendada sellel tasemel või isegi madalamal füüsilisel tasemel.
Füüsiline rakendamine: Füüsilised vooluahelad joonistatakse välja, erinevad vooluahela komponendid paigutatakse kiibiplaadile või plaadile ja neid ühendavad juhtmed juhitakse.

Protsessorite puhul nimetatakse kogu rakendusprotsessi sageli protsessori disainiks; see võib olla ka seotud protsessori disainide perekond, näiteks RISC ja CISC.

Rohkem alamääratlusi

Mõned arvutiarhitektuuri praktikud kasutavad peenemaid alamkategooriaid:

Makroarhitektuur: Arhitektuurikiht, mis on abstraktsem kui mikroarhitektuur, näiteks ISA.
Käskude komplekti arhitektuur (ISA): Nagu eespool määratletud.
UISA (Microcode Instruction Set Architecture): Erineva riistvara tasandi mikroarhitektuuriga masinate perekond võib kasutada ühist mikrokoodiarhitektuuri, mistõttu seda nimetatakse UISA-ks.
Assamblee ISA: Nutikas assembler võib konverteerida protsessorirühmale ühise abstraktse assemblerikeele veidi erinevaks masinakeeleks erinevate protsessori rakenduste jaoks.
Programmeerija nähtav makroarhitektuur: Kõrgema taseme keelevahendid, näiteks kompilaatorid, võivad määratleda kindla liidese neid kasutavatele programmeerijatele, abstraheerides erinevused aluseks oleva ISA, UISA ja mikroarhitektuuride vahel; näiteks C, C++ või Java standardid määratlevad kolm erinevat kindlat programmeerimisliidest.
PIN-koodi arhitektuur: Mikroprotsessor: funktsioonide kogum, mida mikroprotsessor peaks riistvaraplatvormi seisukohast pakkuma. Näiteks signaalid, mida protsessor peaks käsu täitmise ajal välja andma.

Näiteid arvutite arhitektuuridest

x86, mida valmistavad Intel ja AMD.
SPARC, mida valmistavad Sun Microsystems ja teised.
PowerPC, mida valmistavad Apple, IBM ja Motorola.

Seotud leheküljed

Arvutiriistvara
Tarkvara arhitektuur
Mikroarhitektuur

Küsimused ja vastused

K: Mis on arvuti arhitektuur?

V: Arvutiarhitektuur on arvutisüsteemi kontseptuaalne ülesehitus ja põhiline tegevusstruktuur. See hõlmab tehniliste jooniste ja kõigi projekteerimisnõuete, näiteks kiiruste ja ühenduste funktsionaalset kirjeldust, et luua arvutid, mis vastavad jõudluse, kulude ja funktsionaalsete eesmärkide saavutamisele.

K: Millised on arvutite arhitektuuri kolm peamist alaliiki?

V: Arvutite arhitektuuri kolm peamist alamkategooriat on käsukogumite arhitektuur (ISA), mikroarhitektuur (tuntud ka kui arvuti organisatsioon) ja süsteemidisain.

K: Mida hõlmab ISA?

V: Käskude komplekti arhitektuur (ISA) hõlmab arvutisüsteemi abstraktset mudelit, mida näeb masinakeele või koostekeele programmeerija. See hõlmab käsukomplekti, mälu aadressirežiime, protsessoriregistreid ning aadressi- ja andmevorminguid.

K: Mida hõlmab mikroarhitektuur?

V: Mikroarhitektuur hõlmab süsteemi madalama taseme üksikasjalikku kirjeldust, mis on piisav arvutisüsteemi kõigi osade toimimise täielikuks kirjeldamiseks, samuti selle kirjeldamiseks, kuidas need on omavahel ühendatud ja kuidas nad ISA rakendamiseks omavahel suhtlevad.

K: Mida hõlmab süsteemidisain?

V: Süsteemidisain hõlmab kõiki teisi arvutisüsteemi riistvarakomponente, näiteks süsteemi ühendusi, nagu arvutite vaheühendused ja lülitid; mälukontrollerid; protsessori väljalülitamise mehhanismid, nagu otsene mäluühendus; mitme protsessori probleemid jne.

K: Kuidas jaguneb rakendamine kolmeks osaks?

V: Rakendamise võib jagada järgmiselt: loogiline rakendamine, mis hõlmab mikroarhitektuuris määratletud plokkide projekteerimist registri- või väravatasandil; vooluahela rakendamine, mis hõlmab põhielementide või suuremate plokkide transistoritasandi projekteerimist; füüsiline rakendamine, mis hõlmab füüsiliste vooluahelate joonistamist, erinevate vooluahela komponentide paigutamist kiibi plaanile või plaadile, neid omavahel ühendavate juhtmete marsruutimist.