Computer arkitektur

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 17. februar 2022; checks kræver 8 redigeringer .

Computerarkitektur  er en konceptuel model af et computersystem, inkorporeret i dets komponenter, deres interaktion med hinanden og miljøet, herunder principperne for dets design og udvikling [1] [2] . Implementeringsaspekter (såsom teknologien brugt til at implementere hukommelse ) er ikke en del af arkitekturen [3] .

Organisationsniveauer

Der er flere niveauer af computerorganisation (computerarkitektur), fra to eller flere: [3]

Niveau 0 Det digitale logiske niveau er maskinens hardware , bestående af porte . Se også logiske elementer (låse), flip- flops , registre . Niveau 1 Mikroarkitektonisk niveau, fortolkning (firmware) eller direkte eksekvering. Elektroniske kredsløb udfører maskinafhængige programmer. Sættet af processorregistre danner den lokale hukommelse. Se også aritmetisk logikenhed , styreenhed . Dens opgave er at fortolke niveau 2 (kommandoarkitektur) kommandoer. På nuværende tidspunkt er der på instruktionsarkitekturniveauet normalt simple instruktioner, der udføres i én cyklus (såsom især RISC-maskiner). Niveau 2 Kommandosystemarkitekturniveau , oversættelse ( assembler ) . Niveau 3 Operativsystemniveau , oversættelse (assembler). Dette er et hybridniveau: en del af kommandoerne fortolkes af operativsystemet, og den anden del fortolkes af firmwaren. Se også virtuel hukommelse , filer . Niveau 4 Samling sprogniveau, oversættelse ( compiler ). Det fjerde niveau og derover bruges til at skrive applikationsprogrammer , fra det første til det tredje systemprogrammer . Programmer i en menneskevenlig form oversættes til sproget på niveau 1-3. Niveau 5 sprog på højt niveau . Programmer på højt niveau sprog oversættes normalt til niveau 3 og 4.

Historie

Den første dokumenterede computerarkitektur var i en korrespondance mellem Charles Babbage og Ada Lovelace , der beskrev analysens motor. Da han skabte Z1-computeren i 1936, beskrev Konrad Zuse sine fremtidige projekter i to patentansøgninger. [4] To andre tidlige og vigtige eksempler:

John von Neumanns papir fra 1945, det første udkast til en EDVAC - rapport , som beskrev organiseringen af ​​logiske porte;

En mere detaljeret foreslået elektronisk regnemaskine af Alan Turing for en automatisk computermotor, også i 1945, som citerede en artikel af John von Neumann.

Udtrykket "arkitektur" i computerlitteratur kan spores tilbage til arbejdet af Lyle R. Johnson, Friedrich P. Brooks, Jr., og Mohammad Usman Khan. De var alle medlemmer af maskinorganisationsafdelingen ved IBM's vigtigste forskningscenter i 1959. Johnson havde mulighed for at skrive sit eget forskningspapir om Stretch-supercomputeren udviklet af IBM ved Los Alamos National Laboratory (dengang kendt som Los Alamos Science Laboratory). For at beskrive detaljeringsniveauet for at diskutere en overdådigt dekoreret computer, bemærkede han, at hans beskrivelse af formater, instruktionstyper, hardwareindstillinger og hastighedsforbedringer var på niveau med "systemarkitektur" - et udtryk, der syntes mere nyttigt end "maskinorganisation". ."

Efterfølgende begyndte Brooks, designeren af ​​stretch, et kapitel i den anden bog (Designing a Computer System: The Stretch Project, red., W. Buchholz, 1962) ved at skrive:

"Computerarkitektur er ligesom arkitektur kunsten at identificere behovene hos brugeren af ​​en struktur og derefter designe, så de bedst opfylder disse behov inden for økonomiske og teknologiske begrænsninger."

Brooks fortsatte med at udvikle IBM System/360 (nu kaldet IBM zSeries) serien af ​​computere, hvor "arkitektur" blev et navneord for "hvad brugeren har brug for at vide". [5]

De tidligste computerarkitekturer blev designet på papir og derefter direkte indbygget i den endelige hardwareform. Senere computerarkitektur prototyper blev fysisk bygget som et transistor-transistor logik (TTL) system såsom 6800 og de afprøvede og testede PA-RISC prototyper og rettet, før de gik videre til den endelige hardwareform. Fra 1990'erne bliver nye computerarkitekturer typisk "bygget", testet og tunet inde i en anden computerarkitektur i en computerarkitektursimulator; eller inde i FPGA'en som en blød mikroprocessor; Eller begge dele - før du laver den endelige hardwareformular. [6]

Klassifikation

Efter type anvendt processor

• CISC ( complex instruction set computing) er en arkitektur med et komplet sæt instruktioner. Sådanne processorer udfører alle instruktioner, enkle og komplekse, i et stort antal cyklusser. Der er mange instruktioner i sådanne processorer, og kompilatorer på øverste niveau bruger sjældent alle instruktionerne.
• RISC (eng. reduceret instruction set computing ) - arkitektur med et reduceret sæt instruktioner. Sådanne processorer arbejder generelt hurtigere end CISC-arkitektur på grund af forenklingen af ​​arkitekturen og reduktionen i antallet af instruktioner, men for at udføre en kompleks instruktion er den sammensat af et sæt simple, hvilket øger udførelsen tidspunktet for instruktionen (for flere cyklusser). Det er værd at bemærke, at moderne RISC-processorer nærmer sig eller endda overgår klassiske CISC-modstykker med hensyn til intern kompleksitet.
• MISC (eng. minimal instruction set computing ) - arkitektur med et minimum af instruktioner. Sådanne processorer har et minimum antal instruktioner, alle instruktioner er enkle og kræver et lille antal cyklusser at udføre, men hvis komplekse beregninger udføres, for eksempel med flydende kommatal, udføres sådanne instruktioner i et betydeligt større antal cyklusser , der overstiger CISC- og RISC-arkitekturer.
• VLIW (engelsk  meget lang instruktionsord  - "very long machine instruction") er en arkitektur med en lang maskininstruktion, som angiver parallel udførelse af beregninger. Sådanne processorer har fundet udbredt anvendelse i digital signalbehandling .

Ifølge princippet om hukommelsesdeling

• Harvard-arkitektur - et karakteristisk træk er adskillelsen af ​​programhukommelse og datahukommelse.
• Von Neumann-arkitektur - et karakteristisk træk er fælles lagring af programmer og data.

Se også

• Logiske elementer
• Udløser
• Register (digital teknologi)
• Aritmetisk logisk enhed (ALU)
• Virtuel hukommelse
• Fil
• Digital signalprocessor
• CPU

Noter

1. ↑ IEEE 1471 . Hentet 12. februar 2022. Arkiveret fra originalen 12. februar 2022. (ubestemt)
2. ↑ Maksimov, 2005 , s. 97.
3. ↑ 1 2 Tanenbaum E. S. Computerarkitektur. - Skt. Petersborg: Peter, 2007, ISBN 5-469-01274-3 , C.23
4. ↑ 50 års jubilæum for Manchester Baby-computeren . curation.cs.manchester.ac.uk. Hentet 3. juni 2017. Arkiveret fra originalen 4. maj 2012. (ubestemt)
5. ↑ IBM100 - System  360 . www-03.ibm.com (7. marts 2012). Hentet 3. juni 2017. Arkiveret fra originalen 30. maj 2017.
6. ↑ Organisation af computersystemer: Introduktion, abstraktioner, teknologi . www.cise.ufl.edu. Hentet 3. juni 2017. Arkiveret fra originalen 31. oktober 2016. (ubestemt)

Litteratur

• Joseph D. Dumas II. Computerarkitektur: Grundlæggende og principper for computerdesign. - CRC Press, 2005. - ISBN 978-0-8493-2749-0 .
• David A. Patterson , John L. Hennessy . Computer Architecture: A Quantitative Approach, 5. udgave . - Morgan Kaufmann, 2011. - 856 s. — ISBN 012383872X .  (Engelsk)
• David Harris, Sarah Harris. Digital Circuitry and Computer Architecture, 2. udgave, oversat af et team af virksomheder og universiteter i Rusland, Ukraine, USA og Storbritannien, Morgan Kaufman, 2013
• Tanenbaum E., Austin T. Computerarkitektur. 6. udg. St. Petersborg: Piter, 2014, ISBN 978-5-496-00337-7
• N. V. Maksimov, T. L. Partyka, I. I. Popov. Arkitektur af computere og computersystemer. - M . : Forum - Infra-M, 2005. - 512 s. - ISBN 5-8199-0160-6 .

Ordbøger og encyklopædier	stor kinesisk Stor russer Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	GND : 4048717-9 J9U : 987007545778705171 LCCN : sh85029479 NKC : ph124502