Dom > Razstava > Vsebine

Računalniška arhitektura Vloge

Mar 11, 2019

Opredelitev


Namen je oblikovati računalnik, ki maksimira zmogljivost, hkrati pa ohranja porabo električne energije pri pregledu, nizke stroške glede na pričakovano zmogljivost in je zelo zanesljiv. Pri tem je treba upoštevati številne vidike, ki vključujejo načrtovanje sklopa navodil, funkcionalno organizacijo, logično zasnovo in izvedbo. Izvajanje vključuje oblikovanje integriranih vezij, pakiranje, moč in hlajenje. Optimizacija zasnove zahteva poznavanje prevajalcev, operacijskih sistemov za logično oblikovanje in pakiranje.


Arhitektura niza navodil

Arhitektura nizov navodil (ISA) je vmesnik med računalniško programsko in strojno opremo ter se lahko vidi tudi kot pogled strojnika na stroj. Računalniki ne razumejo programskih jezikov na visoki ravni, kot so Java, C ++ ali večina uporabljenih programskih jezikov. Procesor razume samo navodila, ki so kodirana na neki numerični način, običajno kot binarne številke. Programska orodja, kot so prevajalniki, prevajajo te jezike visoke ravni v navodila, ki jih procesor lahko razume.


ISA poleg navodil opredeljuje elemente v računalniku, ki so na voljo programu, npr. Tipi podatkov, registri, načini naslavljanja in pomnilnik. Navodila poiščite te razpoložljive elemente z indeksnimi indeksi (ali imeni) registra in načini naslavljanja pomnilnika.


ISA računalnika je običajno opisan v majhnem priročniku z navodili, ki opisuje, kako so navodila kodirana. Prav tako lahko določi kratka (nejasno) mnemonična imena za navodila. Imena je mogoče prepoznati z orodjem za razvoj programske opreme, imenovanim asembler. Sestavljalec je računalniški program, ki prevede človeško berljivo obliko ISA v računalniško berljivo obliko. Disassemblerji so tudi široko dostopni, običajno v programih za odpravljanje napak in programsko opremo za izolacijo in odpravljanje napak v binarnih računalniških programih.


ISA se razlikujejo po kakovosti in popolnosti. Dober kompromis ISA med udobjem programerja (kako lahko je razumeti kodo), velikost kode (koliko kode je potrebno za določeno dejanje), strošek računalnika za interpretacijo navodil (več kompleksnosti pomeni več strojne opreme, ki je potrebna dekodiranje in izvrševanje navodil) in hitrost računalnika (z bolj zapleteno dekodirno strojno opremo prihaja do daljšega časa dekodiranja). Organizacija spomina določa, kako so navodila v interakciji s pomnilnikom in kako spomin sodeluje s samim seboj.


Programska oprema za emulacijo (emulatorji) lahko med načrtovanjem izvaja programe, napisane v predlaganem nizu navodil. Sodobni emulatorji lahko merijo velikost, stroške in hitrost, da ugotovijo, ali posamezni ISA dosega svoje cilje.


Organizacija računalnikov


Računalniška organizacija pomaga optimizirati izdelke, ki temeljijo na učinkovitosti. Na primer, inženirji programske opreme morajo poznati procesorsko moč procesorjev. Morda bodo morali optimizirati programsko opremo, da bi dosegli največjo učinkovitost za najnižjo ceno. To lahko zahteva precej podrobno analizo organizacije računalnika. Na primer, na kartici SD bi morali oblikovalci urediti kartico, tako da se lahko največ podatkov obdeluje na najhitrejši možni način.


Računalniška organizacija pomaga tudi pri načrtovanju izbire procesorja za določen projekt. Multimedijski projekti potrebujejo zelo hiter dostop do podatkov, medtem ko lahko virtualni stroji potrebujejo hitre prekinitve. Včasih nekatere naloge potrebujejo tudi dodatne komponente. Na primer, računalnik, ki je zmožen izvajati virtualni stroj, potrebuje strojno opremo za navidezno pomnilnik, tako da je lahko pomnilnik različnih virtualnih računalnikov ločen. Organizacija in funkcije računalnika vplivajo tudi na porabo energije in stroške procesorja.


Izvajanje

Ko je zasnovan komplet navodil in mikro-arhitektura, je treba razviti praktičen stroj. Ta proces oblikovanja se imenuje izvedba. Izvajanje običajno ne velja za arhitekturno zasnovo, ampak za projektiranje strojne opreme. Izvajanje se lahko nadalje razdeli na več korakov:


Logična izvedba načrtuje vezja, ki so potrebna na ravni logičnih vrat

Izvedba vezja naredi tranzistorske zasnove osnovnih elementov (vrata, multiplekserji, ključavnice itd.) Kot tudi nekaterih večjih blokov (ALU, predpomnilnikov itd.), Ki se lahko izvajajo na nivoju dnevnika vrat, ali celo na fizični ravni, če oblikovanje zahteva to.

Fizično izvajanje črpa fizične kroge. Različne komponente vezja so nameščene v tlorisu čipa ali na plošči in nastanejo žice, ki jih povezujejo.

Validacija oblikovanja preizkusi računalnik kot celoto, da ugotovi, ali deluje v vseh situacijah in vseh časih. Ko se postopek validacije zasnove začne, se načrtovanje na logični ravni preskusi z logičnimi emulatorji. Vendar pa je to ponavadi prepočasi, da bi lahko izvedli realističen test. Torej, po popravkih, ki temeljijo na prvem testu, so prototipi izdelani z uporabo poljskih programskih polj (FPGA). Večina hobi projektov se na tej stopnji ustavi. Zadnji korak je testiranje prototipnih integriranih vezij. Integrirana vezja lahko zahtevajo več preoblikovanj za odpravljanje težav.

Za CPE je celoten proces izvajanja različno organiziran in se pogosto imenuje CPU design.