ארכיטקטורת מחשב

ארכיטקטורת מחשב הוא תחום בהנדסת מחשבים העוסק ברעיון הראשוני, תכנון
ובמבנה הביצועי של מערכת מחשב. התחום הוא אבן בניין בתיאור הדרישות והמפרט, התכנון והמימוש של חלקים רבים ממערכת מחשב תוך כדי התמקדות בדרך בה המעבד המרכזי CPU מבצע גישה לזיכרון.
התחום גם מהווה את התורה בה מתכננים ובוחרים את מרכיבי המחשב ואת החיבוריות ביניהם בצורה הטובה ביותר לעמידה בציפיות הביצועים והעלות.

מבוא 
ארכיטקטורת מחשב מורכבת לפחות משלוש קטגוריות משנה עיקריות:
ארכיטקטורה של סט הפקודות (ISA), הוא תיאור מופשט של מערכת מחשב כפי שהוא נראה על ידי מתכנת שפת מכונה (או שפת סף), לרבות סט פקודות, שיטות גישה לזיכרון , אוגרי המעבד, ומבנה מרחב הכתובות והנתונים.
מיקרו ארכיטקטורה , או ארגון המחשב עוסק ברמה הנמוכה והמפורטת יותר של תיאור המערכת, אשר כוללת את האופן שבו מורכבים חלקי המערכת, החיבוריות ויישום ה-ISA. גודל זיכרון מטמון למשל הוא נושא ארגוני למשל.
 תכנון המערכת הכולל את כל רכיבי חומרה אחרים בתוך מערכת מחשוב כגון:
 חיבוריות המחשב כגון אפיק נתונים ומתגים
 בקר זיכרון  והיררכיה
 מנגנוני גישה חיצוניים ל-CPU כמו גישה ישירה לזיכרון
 נושאים כמו עיבוד מקבילי.

ברגע שה-ISA והמיקרו ארכיטקטורה הוגדרו, ההתקן המסוים מתוכנן להיות מבוצע בחומרה. תהליך תכנוני זה נקרא יישום או אימפלימנטציה. יישום לא נחשב כהגדרה ארכיטקטונית אלא תכנון הנדסי בחומרה.

את היישום ניתן לפרק לשלושה חלקים שונים (לא בהכרח שונים):
 יישום לוגי או תכן לוגי - תכנון בלוקים שהוגדרו במיקרוארכיטקטורה ברמת מעברי רגיסטר (RTL) ורמת השער (gate level).
 יישום מעגלים (Circuit) - תכנון ברמת הטרנזיסטור של אלמנטים בסיסים (שער, בורר, נועל) כמו גם בלוקים גדולים יותר (כמו ALU או זיכרון מטמון) אשר תכנונם עדיף לעיתים ברמת הפיזית לשיפור הביצועים כחלק מתרשים הזרימה בתכנון מעגל משולב ו-ASIC.
 יישום פיזי - המעגלים מתוכננים, רכיבים מסוימים ממוקמים כחלק מתהליך "תוכנית הרצפה" (floorplan), חלוקה לשבבים והחיבוריות ביניהם וניתוב החיבורים.

עבור מעבדים כל התהליך נקרא "תכנון מעבדים" (CPU Design) או ארכיטקטורת מעבדים  .

היסטוריה

נושאים מרכזיים בארכיטקטורת מחשב

הגדרות ומושגים

מטרות תכנון

ביצועים 
ביצועי המחשב נבחנים לרוב לפי קצב שעון המערכת (מגה הרצים או גיגה הרצים) ומתייחס למחזורים לשנייה של שעון המעבד המרכזי. אולם קיימים מקרים בהם קצב מהיר יותר אינו בהכרח מוביל למערכת עם ביצועים טובים יותר ולכן יש להציג את ביצועי המערכת לפי מבחנים מפורטים ומדויקים יותר.

צריכת הספק
צריכת הספק הוא מאפיין תכנוני חשוב המשפיע על כל הארכיטקטורה של המחשב. הקטנת צריכת ההספק לעיתים באה על חשבון ביצועי המחשב אך מקטינה את עלות המחשב. הקטנת הצריכה גם משפרת את אמינותם של רכיבי המחשב. חשיבות צריכת ההספק עולה עם יכולת המזעור והגדלת צפיפות הרכיבים לפי חוק מור.
בתחום מערכות משובצות מחשב יש חשיבות קריטית בהקטנת צריכת ההספק, במיוחד עבור התקנים ניידים.

עלות

ארכיטקטורות עתידיות

ראו גם
 חומרה
 CPU
 ארכיטקטורת תוכנה
 ארכיטקטורת פון נוימן

לקריאה נוספת 
 Barton, Robert S., "Functional Design of Computers", Commununications of the ACM 4(9): 405 (1961).
 Barton, Robert S., "A New Approach to the Functional Design of a Digital Computer", Proceedings of the Western Joint Computer Conference, May 1961, pp.393-396. About the design of the Burroughs B5000 computer.
 Bell, C. Gordon; and Newell, Allen (1971). "Computer Structures: Readings and Examples", McGraw-Hill.
 Blaauw, G.A., and Brooks, F.P., Jr., "The Structure of System/360, Part I-Outline of the Logical Structure", IBM Systems Journal, vol. 3, no. 2, pp. 119-135, 1964.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

מעבד