Mimarisi

Bilgisayar mühendisliğinde bilgisayar mimarisi, bir bilgisayar sisteminin kavramsal tasarımı ve temel operasyonel yapısıdır. Tüm tasarım gereksinimlerinin (özellikle hızlar ve ara bağlantılar) teknik çizimleri ve işlevsel açıklamasıdır, bir bilgisayarın çeşitli parçalarının nasıl tasarlanacağı ve uygulanacağıdır - büyük ölçüde merkezi işlem biriminin (CPU) dahili olarak çalışma şekline ve bellekteki adreslere nasıl eriştiğine odaklanır.

İşlevsel, performans ve maliyet hedeflerini karşılayan bilgisayarlar oluşturmak için donanım bileşenlerini seçme ve birbirine bağlama bilimi ve sanatı olarak tanımlanabilir.

Bilgisayar mimarisi en az üç ana alt kategori içerir:

Komut kümesi mimarisi veya ISA, komut kümesi, bellek adres modları, işlemci kayıtları ve adres ve veri formatları dahil olmak üzere bir makine dili (veya montaj dili) programcısı tarafından görülen bir bilgi işlem sisteminin soyut modelidir.
Bilgisayar organizasyonu olarak da bilinen mikro mimari, bilgisayar sisteminin tüm parçalarının çalışmasını ve ISA'yı uygulamak için nasıl birbirine bağlandıklarını ve birlikte çalıştıklarını tamamen tanımlamak için yeterli olan daha düşük seviyeli, ayrıntılı bir sistem açıklamasıdır. Örneğin bir bilgisayarın önbelleğinin boyutu, genellikle ISA ile hiçbir ilgisi olmayan organizasyonel bir konudur.
Bir bilgisayar sistemindeki diğer tüm donanım bileşenlerini içeren Sistem Tasarımı, örneğin

· Bilgisayar veri yolları ve anahtarlar gibi sistem ara bağlantıları.

· Bellek denetleyicileri ve hiyerarşileri.

· Doğrudan bellek erişimi gibi CPU yükü azaltma mekanizmaları.

· Çoklu işlem gibi konular.

Hem ISA hem de mikro mimari belirlendikten sonra, gerçek bilgi işlem sisteminin donanım olarak tasarlanması gerekir. Bu tasarım sürecine uygulama adı verilir. Uygulama genellikle bir donanım mühendisliği tasarım sürecidir.

Uygulama daha da üçe ayrılabilir ancak tamamen ayrı parçalar değildir:

Mantık Uygulaması: Mikro mimaride tanımlanan blokların, esas olarak yazmaç aktarımı ve kapı seviyelerinde tasarlanması.
Devre Uygulaması: Temel elemanların (kapılar, çoklayıcılar, flip-floplar, vb.) yanı sıra performans nedenleriyle bu seviyede veya hatta daha düşük bir fiziksel seviyede uygulanabilecek bazı büyük blokların (ALU'lar, önbellekler, vb.) transistör seviyesinde tasarımı.
Fiziksel Uygulama: Fiziksel devreler çizilir, farklı devre bileşenleri bir çip zemin planına veya bir kart üzerine yerleştirilir ve bunları bağlayan kablolar yönlendirilir.

CPU'lar için, tüm uygulama süreci genellikle CPU tasarımı olarak adlandırılır; RISC ve CISC gibi ilgili CPU tasarımları ailesi de olabilir.

Daha fazla alt tanım

Bazı bilgisayar mimarisi uygulayıcıları daha ince alt kategoriler kullanmaktadır:

Makro mimari: Mikro mimariden daha soyut olan mimari katmanlar, örneğin ISA.
Komut Seti Mimarisi (ISA): Yukarıda tanımlandığı gibi.
UISA (Microcode Instruction Set Architecture): Farklı donanım düzeyinde mikro mimarilere sahip bir makine ailesi ortak bir mikro kod mimarisini paylaşabilir ve bu nedenle UISA olarak adlandırılır.
Montaj ISA: Akıllı bir assembler, bir grup CPU için ortak olan soyut bir assembly dilini farklı CPU uygulamaları için biraz farklı makine diline dönüştürebilir.
Programcı Görünür Makro Mimari: Derleyiciler gibi daha yüksek seviyeli dil araçları, bunları kullanan programcılar için temel ISA, UISA ve mikro mimariler arasındaki farklılıkları soyutlayan belirli bir arayüz tanımlayabilir; örneğin C, C++ veya Java standartları üç farklı belirli programlama arayüzü tanımlar.
Pin Mimarisi: Bir donanım platformu açısından bakıldığında, bir mikroişlemcinin sağlaması beklenen işlevler kümesi. Örneğin, bir komutun yürütülmesi sırasında işlemcinin yayması beklenen sinyaller.

Bilgisayar mimarilerine örnekler

Intel ve AMD tarafından üretilen x86.
Sun Microsystems ve diğerleri tarafından üretilen SPARC.
Apple, IBM ve Motorola tarafından üretilen PowerPC.

İlgili sayfalar

Bilgisayar donanımı
Yazılım mimarisi
Mikro mimari

Sorular ve Yanıtlar

S: Bilgisayar mimarisi nedir?

C: Bilgisayar mimarisi, bir bilgisayar sisteminin kavramsal tasarımı ve temel operasyonel yapısıdır. Performans, maliyet ve işlevsel hedefleri karşılayan bilgisayarlar oluşturmak için hızlar ve ara bağlantılar gibi tüm tasarım gereksinimlerinin teknik çizimlerini ve işlevsel tanımını içerir.

S: Bilgisayar mimarisinin üç ana alt kategorisi nedir?

C: Bilgisayar mimarisinin üç ana alt kategorisi Komut Kümesi Mimarisi (ISA), Mikro mimari (Bilgisayar Organizasyonu olarak da bilinir) ve Sistem Tasarımıdır.

S: ISA neleri içerir?

C: Komut Seti Mimarisi (ISA), bir makine dili veya assembly dili programcısı tarafından görülen bir bilgisayar sisteminin soyut bir modelini içerir. Bu, komut setini, bellek adres modlarını, işlemci kayıtlarını ve adres ve veri formatlarını içerir.

S: Mikro mimari neleri içerir?

C: Mikro mimari, bilgi işlem sisteminin tüm parçalarının çalışmasını ve ISA'yı uygulamak için birbirlerine nasıl bağlandıklarını ve birbirleriyle nasıl etkileşime girdiklerini tamamen tanımlamak için yeterli olan sistemin daha düşük seviyeli ayrıntılı bir tanımını içerir.

S: Sistem Tasarımı neleri içerir?

C: Sistem Tasarımı, bilgisayar veri yolları ve anahtarlar gibi sistem ara bağlantıları; bellek denetleyicileri; doğrudan bellek erişimi gibi CPU yüksüz mekanizmaları; çoklu işlem sorunları gibi bir bilgi işlem sistemi içindeki diğer tüm donanım bileşenlerini içerir.

S: Uygulama nasıl üç parçaya ayrılır?

C: Uygulama, mikro mimaride tanımlanan blokların kayıt-transfer veya kapı seviyelerinde tasarlanmasını içeren Mantık Uygulaması; temel elemanlar veya daha büyük bloklar için transistör seviyesinde tasarımı içeren Devre Uygulaması; fiziksel devrelerin çizilmesini, farklı devre bileşenlerinin bir çip kat planı veya kart üzerine yerleştirilmesini, bunları birbirine bağlayan kabloların yönlendirilmesini içeren Fiziksel Uygulama olarak ayrılabilir.