Dom > Izložba > Sadržaj

Arhitektura računala Uloge

Mar 11, 2019

definicija


Svrha je dizajnirati računalo koje maksimizira performanse uz zadržavanje potrošnje električne energije u provjeri, troškove niske u odnosu na količinu očekivanih performansi, a također je vrlo pouzdana. U tu svrhu treba razmotriti mnoge aspekte koji uključuju dizajn seta instrukcija, funkcionalnu organizaciju, logički dizajn i implementaciju. Implementacija uključuje dizajn integriranih sklopova, pakiranje, snagu i hlađenje. Optimizacija dizajna zahtijeva poznavanje kompilatora, operativnih sustava za logičko oblikovanje i pakiranje.


Arhitektura skupa uputa

Arhitektura skupa instrukcija (ISA) je sučelje između računalnog softvera i hardvera i također se može promatrati kao programerski pogled na stroj. Računala ne razumiju programske jezike visoke razine kao što su Java, C ++ ili većina programskih jezika koji se koriste. Procesor razumije samo upute koje su kodirane na neki numerički način, obično kao binarne brojeve. Softverski alati, kao što su kompajleri, prevedu te jezike visoke razine u upute koje procesor može razumjeti.


Osim uputa, ISA definira stavke u računalu koje su dostupne programu - npr. Tipovi podataka, registri, načini adresiranja i memorija. Upute se nalaze u ovim dostupnim stavkama s indeksima registara (ili imenima) i načinima adresiranja memorije.


ISA računala obično je opisana u malom priručniku s uputama, koji opisuje kako su upute kodirane. Također, može definirati kratke (nejasno) mnemoničke nazive za upute. Imena se mogu prepoznati pomoću alata za razvoj softvera nazvanog asembler. Asembler je računalni program koji prevodi ISA u čitljivu formu. Disasembleri su također široko dostupni, obično u programima za otklanjanje pogrešaka i programima za izoliranje i ispravljanje kvarova u binarnim računalnim programima.


MRS se razlikuju po kvaliteti i cjelovitosti. Dobar ISA kompromis između praktičnosti programera (koliko je lako razumjeti kod), veličine koda (koliko je koda potrebno za određenu radnju), troška računala za tumačenje uputa (više složenosti znači više hardvera potrebnog za dekodirati i izvršavati upute) i brzinu računala (s složenijim dekodiranjem hardvera dolazi duže vrijeme dekodiranja). Organizacija memorije definira kako interakcije instrukcija s memorijom i kako memorija stupa u interakciju sa samim sobom.


Tijekom softvera za emulaciju dizajna (emulatori) mogu se izvoditi programi napisani u predloženom skupu instrukcija. Moderni emulatori mogu mjeriti veličinu, cijenu i brzinu kako bi odredili ispunjavaju li određeni ISA svoje ciljeve.


Organizacija računala


Organizacija računala pomaže optimizirati proizvode temeljene na performansama. Na primjer, softverski inženjeri moraju znati procesorsku snagu procesora. Možda će trebati optimizirati softver kako bi postigli najveću učinkovitost za najnižu cijenu. To može zahtijevati vrlo detaljnu analizu organizacije računala. Na primjer, na SD kartici dizajneri će možda morati organizirati karticu tako da se većina podataka može obraditi na najbrži mogući način.


Organizacija računala također pomaže planirati odabir procesora za određeni projekt. Multimedijalni projekti možda trebaju vrlo brz pristup podacima, dok virtualni strojevi možda trebaju brze prekide. Ponekad određenim zadacima trebaju i dodatne komponente. Na primjer, računalo sposobno za pokretanje virtualnog računala treba hardver virtualne memorije tako da se memorija različitih virtualnih računala može držati odvojeno. Organizacija računala i značajke također utječu na potrošnju energije i troškove procesora.


izvršenje

Jednom kad se osmisli skup instrukcija i mikro-arhitektura, mora se razviti praktičan stroj. Ovaj proces projektiranja naziva se implementacija. Provedba se obično ne smatra arhitektonskim dizajnom, nego projektiranjem hardvera. Provedba se može dalje podijeliti u nekoliko koraka:


Logika Implementacija dizajnira sklopove potrebne na razini logičkih vrata

Provedba kruga čini dizajne na razini tranzistora osnovnih elemenata (vrata, multipleksera, zasuna itd.) Kao i nekih većih blokova (ALU, kešova itd.) Koji se mogu implementirati na razini logaritamskih vrata ili čak na fizičkoj razini dizajn to zahtijeva.

Fizička implementacija izvlači fizičke krugove. Različite komponente sklopa nalaze se u planu čipova ili na ploči, te se stvaraju žice koje ih povezuju.

Validacija dizajna testira računalo kao cjelinu kako bi se vidjelo radi li u svim situacijama i svim vremenskim razmacima. Nakon što započne proces validacije projekta, dizajn na logičkoj razini testira se pomoću logičkih emulatora. Međutim, to je obično prespora za provođenje realističnog testa. Dakle, nakon što su napravljene korekcije na temelju prvog testa, prototipovi se izrađuju pomoću polja programabilnih polja (FPGA). Većina hobi projekata u ovoj se fazi zaustavlja. Posljednji korak je testiranje prototipnih integriranih krugova. Integrirani krugovi mogu zahtijevati nekoliko redizajna za rješavanje problema.

Za procesore je cijeli proces implementacije različito organiziran i često se naziva CPU dizajn.