Architektura komputera

Architektura komputera oznacza w informatyce technicznej zbiór zasad i metod opisujących funkcjonalność, organizację i implementację komputerów. Niektóre definicje architektury komputerów definiują ją jako opis możliwości i model programowy komputera, ale nie konkretną implementację. W innych definicjach architektura komputera obejmuje projekt architektury zestawu instrukcji, projekt mikroarchitektury, syntezę logiczną i implementację.

Wprowadzenie 
Komputer jest systemem złożonym o strukturze hierarchicznej - układem wzajemnie powiązanych podsystemów, z których każdy również ma strukturę hierarchiczną, aż do osiągnięcia najniższego poziomu - podsystemu elementarnego. Na każdym poziomie projektant zajmuje się strukturą (sposobem wzajemnego powiązania) i funkcjami (działaniem) poszczególnych składników.

Komputer składa się z jednostki centralnej (CPU), magistrali systemowej, pamięci oraz urządzeń wejścia-wyjścia. Jednostka centralna składa się z rejestrów, jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU), jednostki sterującej i połączeń wewnętrznych. Jednostka sterująca składa się z układów logicznego szeregowania, rejestrów i dekoderów jednostki sterującej oraz jej pamięci.

Podstawowe zagadnienia 

 Struktura i działanie procesora
 Pamięć podręczna
 Pamięć wewnętrzna
 Pamięć zewnętrzna
 Wejście wyjście
 Wspieranie systemu operacyjnego
 Arytmetyka komputera
 Własności i funkcje listy rozkazów
 Tryby adresowania i formaty rozkazów
 Paralelizm na poziomie rozkazu i procesory superskalarne
 Działanie jednostki sterującej
 Sterowanie mikroprogramowe

Historia 
Pierwszą udokumentowaną architekturę komputera można znaleźć w korespondencji pomiędzy Charlesem Babbage i Adą Lovelace, opisującą tzw. silnik analityczny. Podczas budowy komputera Z1 w 1936, Konrad Zuse opisał po raz pierwszy komputer którego instrukcje są przechowywane w pamięci, tzw. stored-program computer.

Klasyfikacje 
Ze względu na rodzaj połączeń procesor-pamięć i sposób ich wykorzystania dzielimy architektury zgodnie z taksonomią Flynna:
 SISD (ang. Single Instruction Single Data) – skalarne,
 SIMD (ang. Single Instruction Multiple Data) – wektorowe (macierzowe), 
 MISD (ang. Multiple Instruction Single Data) – strumieniowe, 
 MIMD (ang. Multiple Instruction Multiple Data) – równoległe.

Ze względu na sposób podziału pracy i dostęp procesora do pamięci możemy podzielić architektury na:
 SMP (ang. Symmetric Multiprocessing) – symetryczne,
 ASMP (ang. Asymmetric Multiprocessing) – asymetryczne,
NUMA (ang. Non-Uniform Memory Access) – asymetryczne (rozróżniające pamięć lokalną i zdalną),
 AMP (ang. Asynchronous Multiprocessing) – asynchroniczne,
 MPP (ang. Massively Parallel Processors) – równoległe.

Ze względu na sposób organizacji pamięci i wykonywania programu:
 architektura von Neumanna – zarówno dane, jak i kod programu przechowywany jest w tym samym obszarze pamięci;
 architektura harwardzka – rozkazy i dane przechowywane są w odseparowanych obszarach pamięci;
 architektura mieszana – połączenie dwóch powyższych typów: obszary pamięci dla rozkazów i danych są odseparowane, jednak wykorzystują wspólne magistrale.

Zobacz też
 architektura oprogramowania

Przypisy 

!