Computerarkitektur det
Inden for computerteknik er computerarkitektur det konceptuelle design og den grundlæggende operationelle struktur af et computersystem. Det er de tekniske tegninger og den funktionelle beskrivelse af alle designkrav (især hastigheder og sammenkoblinger), det er hvordan man designer og implementerer forskellige dele af en computer - med stort fokus på den måde, hvorpå den centrale processorenhed (CPU) fungerer internt, og hvordan den får adgang til adresser i hukommelsen.
Det kan defineres som videnskaben og kunsten at udvælge og sammenkoble hardwarekomponenter for at skabe computere, der opfylder funktionelle, ydelsesmæssige og omkostningsmæssige mål.
Computerarkitektur omfatter mindst tre hovedunderkategorier:
- Instruktionssætarkitektur eller ISA er den abstrakte model af et computersystem, som ses af en programmør i maskinsprog (eller assemblagesprog), herunder instruktionssættet, hukommelsesadressemåder, processorregistre og adresse- og dataformater.
- Mikroarkitektur, også kendt som computerorganisation, er et lavere niveau, en detaljeret beskrivelse af systemet, som er tilstrækkelig til at beskrive driften af alle dele af computersystemet fuldstændigt, og hvordan de er forbundet og fungerer sammen for at gennemføre ISA'en. Størrelsen af en computers cache er f.eks. et organisatorisk spørgsmål, som generelt ikke har noget med ISA at gøre.
- Systemdesign, som omfatter alle de andre hardwarekomponenter i et computersystem, f.eks:
· Systemforbindelser som f.eks. computerbusser og switche.
· Hukommelsescontrollere og hierarkier.
· mekanismer til aflastning af CPU'en, f.eks. direkte hukommelsesadgang.
· Problemer som f.eks. multi-processing.
Når både ISA og mikroarkitektur er blevet specificeret, skal det egentlige computersystem designes i hardware. Denne designproces kaldes implementering. Implementering er normalt en hardware-teknisk designproces.
Gennemførelsen kan yderligere opdeles i tre, men ikke helt adskilte dele:
- Logisk implementering: Design af blokke, der er defineret i mikroarkitekturen, hovedsageligt på registeroverførsels- og gate-niveau.
- Implementering af kredsløb: ) samt af nogle større blokke (ALU'er, caches osv.), som af hensyn til ydeevnen kan implementeres på dette niveau eller endog på et lavere fysisk niveau.
- Fysisk implementering: De forskellige kredsløbskomponenter placeres på en chipplan eller på et printkort, og ledningerne, der forbinder dem, ledes.
For CPU'er kaldes hele implementeringsprocessen ofte for CPU-design; det kan også være en familie af beslægtede CPU-designs, f.eks. RISC- og CISC-designs.
Flere underdefinitioner
Nogle eksperter inden for computerarkitektur anvender mere detaljerede underkategorier:
- Makroarkitektur: Arkitektoniske lag, der er mere abstrakte end mikroarkitekturen, f.eks. ISA.
- Instruktionssæt-arkitektur (ISA): Som defineret ovenfor.
- UISA (Microcode Instruction Set Architecture): En familie af maskiner med forskellige mikroarkitekturer på hardwareniveau kan dele en fælles mikrokodearkitektur og kaldes derfor en UISA.
- Samling ISA: En smart assembler kan konvertere et abstrakt assembler-sprog, der er fælles for en gruppe CPU'er, til et lidt anderledes maskinesprog for forskellige CPU-implementeringer.
- Programmer synlig makroarkitektur: Værktøjer til sprog på højere niveau, f.eks. kompilatorer, kan definere en bestemt grænseflade for programmører, der bruger dem, og abstrahere forskelle mellem underliggende ISA, UISA og mikroarkitekturer; f.eks. definerer C, C++ eller Java-standarderne tre forskellige definerede programmeringsgrænseflader.
- Pin-arkitektur: Det sæt af funktioner, som en mikroprocessor forventes at levere ud fra en hardwareplatforms synspunkt. F.eks. signaler, som processoren forventes at udsende under udførelse af en instruktion.
Eksempler på computerarkitekturer
- x86, fremstillet af Intel og AMD.
- SPARC, fremstillet af Sun Microsystems og andre.
- PowerPC'en, der er fremstillet af Apple, IBM og Motorola.
Relaterede sider
- Computerhardware
- Softwarearkitektur
- Mikroarkitektur
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er computerarkitektur?
A: Computerarkitektur er den konceptuelle udformning og den grundlæggende operationelle struktur af et computersystem. Den omfatter de tekniske tegninger og den funktionelle beskrivelse af alle designkrav, f.eks. hastigheder og sammenkoblinger, med henblik på at skabe computere, der opfylder præstations-, omkostnings- og funktionsmålene.
Spørgsmål: Hvad er de tre vigtigste underkategorier af computerarkitektur?
Svar: De tre vigtigste underkategorier inden for computerarkitektur er instruktionssætarkitektur (ISA), mikroarkitektur (også kendt som computerorganisation) og systemdesign.
Sp: Hvad indebærer ISA?
A: Instruktionssætarkitektur (ISA) omfatter en abstrakt model af et computersystem, som ses af en programmør i maskinsprog eller assemblagesprog. Dette omfatter instruktionssættet, hukommelsesadressemåder, processorregistre og adresse- og dataformater.
Spørgsmål: Hvad indebærer mikroarkitektur?
Svar: Mikroarkitektur omfatter en detaljeret beskrivelse af systemet på et lavere niveau, som er tilstrækkelig til at beskrive driften af alle dele af computersystemet fuldstændigt, samt hvordan de er forbundet og interagerer med hinanden for at gennemføre ISA.
Spørgsmål: Hvad indebærer systemdesign?
A: Systemdesign omfatter alle andre hardwarekomponenter i et computersystem, f.eks. systemforbindelser som computerbusser og switche, hukommelsescontrollere, mekanismer til aflastning af CPU'en som f.eks. direkte hukommelsesadgang, multiprocessorproblemer osv.
Spørgsmål: Hvordan opdeles implementeringen i tre dele?
A: Implementering kan opdeles i logisk implementering, som omfatter design af blokke, der er defineret i mikroarkitekturen på registeroverførsels- eller gate-niveau; kredsløbsimplementering, som omfatter design på transistorniveau for grundlæggende elementer eller større blokke; fysisk implementering, som omfatter tegning af fysiske kredsløb, placering af forskellige kredsløbskomponenter på en chipplan eller et printkort og ledningsføring, der forbinder dem med hinanden.
