הבית > תערוכה > תוכן

ארכיטקטורת מחשב תפקידים

Mar 11, 2019

הגדרה


המטרה היא לעצב מחשב הממקסם את הביצועים תוך שמירה על צריכת החשמל בצ'ק, עלויות נמוכות ביחס לכמות הביצועים הצפויה, והוא גם מאוד אמין. לשם כך, יש להתייחס להיבטים רבים הכוללים תכנון סטודנט, ארגון פונקציונאלי, עיצוב לוגי ויישום. היישום כולל תכנון מעגלים משולבים, אריזה, הספק וקירור. אופטימיזציה של העיצוב דורש היכרות עם מהדרים, מערכות הפעלה עיצוב לוגי, ואריזה.


ערכת הדרכה

ארכיטקטורת הדרכה (ISA) היא הממשק בין התוכנה והחומרה של המחשב, וניתן לראותה גם כתצוגת המתכנת של המכונה. מחשבים אינם מבינים שפות תכנות ברמה גבוהה כגון Java, C ++ או רוב שפות התכנות שבהן נעשה שימוש. מעבד רק מבין את ההוראות המקודדות בצורה מספרית, בדרך כלל כמספרים בינאריים. כלי תוכנה, כגון מהדרים, מתרגמים שפות ברמה גבוהה אלה להנחיות שהמעבד יכול להבין.


מלבד ההוראות, הרשות מגדירה פריטים במחשב הזמינים לתכנית - כגון סוגי נתונים, רישומים, מצבי מענה וזיכרון. הוראות לאתר את הפריטים הזמינים באמצעות אינדקסי הרשמה (או שמות) ומצבי פניות בזיכרון.


השב"כ של מחשב מתואר בדרך כלל במדריך הדרכה קטן, המתאר כיצד ההוראות מקודדות. כמו כן, הוא עשוי להגדיר שמות קצרים (במעורפל) לשמועה עבור ההוראות. את השמות ניתן לזהות על ידי כלי פיתוח תוכנה הנקרא אסמבלר. אסמבלר הוא תוכנית מחשב המתרגמת צורה של קריאת אדם של הרשות לצורה קריאנית. פורקי דיסמבלר זמינים גם באופן נרחב, בדרך כלל בבאגים ותוכנה לבידוד ולתיקון תקלות בתוכניות מחשב בינאריות.


ISAs משתנים באיכות ושלמות. טוב ISA פשרות בין נוחות מתכנת (כמה קל קוד להבין), גודל הקוד (כמה קוד נדרש לעשות פעולה מסוימת), העלות של המחשב כדי לפרש את ההוראות (המורכבות יותר פירושו יותר חומרה הדרושה כדי לפענח ולבצע את ההוראות), ומהירות המחשב (עם חומרה פענוח מורכבת יותר מגיע זמן לפענח יותר). ארגון הזיכרון מגדיר כיצד ההוראות מקיימות אינטראקציה עם הזיכרון, וכיצד הזיכרון מקיים אינטראקציה עם עצמו.


במהלך תוכנת אמולציה לתכנון (emulators) ניתן להפעיל תוכניות שנכתבות בהוראה מוצעת. אמולטורים מודרניים יכולים למדוד את הגודל, העלות והמהירות כדי לקבוע אם רשות מסוימת עומדת ביעדיה.


ארגון מחשבים


ארגון המחשב מסייע באופטימיזציה של מוצרים מבוססי ביצועים. לדוגמה, מהנדסי תוכנה צריכים לדעת את כוח העיבוד של המעבדים. הם עשויים להזדקק כדי לייעל את התוכנה כדי להשיג את הביצועים ביותר עבור המחיר הנמוך ביותר. זה יכול לדרוש ניתוח מפורט למדי של הארגון של המחשב. לדוגמה, בכרטיס SD, המעצבים אולי יצטרכו לסדר את הכרטיס כך שרוב הנתונים יעובדו בצורה המהירה ביותר האפשרית.


ארגון המחשב גם עוזר לתכנן את הבחירה של מעבד עבור פרוייקט מסוים. פרויקטי מולטימדיה עשויים להזדקק לגישה מהירה מאוד לנתונים, בעוד שמכונות וירטואליות עשויות להזדקק לפריצות מהירות. לפעמים משימות מסוימות צריך רכיבים נוספים גם כן. לדוגמה, מחשב המסוגל להפעיל מכונה וירטואלית זקוק לחומרה בזיכרון וירטואלי, כך שניתן יהיה להפריד בין הזיכרון למחשבים וירטואליים שונים. ארגון המחשב ותכונות משפיעות גם על צריכת החשמל ועל עלות המעבד.


יישום

לאחר ערכת הדרכה מיקרו ארכיטקטורה מתוכננים, מכונה מעשית חייב להיות מפותח. תהליך עיצוב זה נקרא יישום. יישום הוא בדרך כלל לא נחשב אדריכלי עיצוב, אלא הנדסת תכנון חומרה. יישום ניתן לחלק עוד למטה לתוך מספר שלבים:


יישום לוגי מעצב את המעגלים הנדרשים ברמת שער ההיגיון

יישום מעגלים עושה עיצובים ברמת טרנזיסטור של אלמנטים בסיסיים (שערים, מרבב, תפסים וכו ') וכן של כמה בלוקים גדולים יותר (ALUs, מטמונים וכו'), אשר ניתן ליישם ברמת שער היומן, או אפילו ברמה הפיזית אם העיצוב קורא לזה.

יישום פיזי שואבת מעגלים פיזיים. רכיבי המעגל השונים ממוקמים בתרשים שבב או על לוח, והחוטים המחברים אותם נוצרים.

עיצוב Validation בדיקות המחשב כולו כדי לראות אם זה עובד בכל המצבים וכל תזמונים. לאחר שתהליך אימות התכנון מתחיל, העיצוב ברמת הלוגיקה נבדק באמצעות emulators לוגי. עם זאת, זה בדרך כלל איטי מדי כדי להפעיל מבחן מציאותי. אז, לאחר ביצוע תיקונים המבוססים על המבחן הראשון, אב טיפוסים הם נבנה באמצעות שדה לתכנות שער מערכים (FPGAs). רוב הפרויקטים תחביב לעצור בשלב זה. השלב האחרון הוא לבדוק מעגלים משולבים אב טיפוס. מעגלים משולבים עשויים לדרוש מספר עיצובים מחדש כדי לתקן בעיות.

עבור המעבדים, תהליך היישום כולו מאורגן בצורה שונה, והוא מכונה לעתים קרובות עיצוב CPU.