في هندسة الحاسوب، منصة أو معمارية الحاسوب (Computer Architecture) هي عبارة عن تصميم وبنية العمليات الوظيفية لنظام حاسوبي. تعتبر معمارية الحاسوب البصمة والوصف الوظيفي لمتطلبات وتصميم وتطبيقات أجزاء الحاسوب المختلفة - حيث يركز أساسا على طريقة انجاز وحدة المعالجة المركزية داخليا لمهامها وكيفية تواصلها مع عناوين الذاكرة في ذاكرة الحاسوب والمعروف علميا تحت تنظيم الحاسوب(Computer Organization).
يمكن ان يعرف أيضا على انه علم وفن تصميم مجموعة تعليمات بنية الحاسب (Instruction Set Architecture) واختيار وتوصيل العتاد الحاسوبي (Computer Hardware)المناسب لإنشاء حواسيب تطابق الأهداف المرجوة من حيث الآداء والعمل والكلفة.[1]
معمارية الحاسوب
مصطلح معمارية الحاسوب (أو بناء الحاسوب ) يستخدم للدلاله على العلم الذي يدرس المفاهيم التي تربط بين المكونات المادية الملموسة للحاسب مع المكونات البرمجية ممثله في نظام التشغيل. وقد عرّف العالم جين أمدال معمارية الحاسوب على أنها سمات الحاسوب (خصائص الحاسوب) التي تظهر مُبرمجةً في لغة التجميع، وتظهر في هيكلة المفاهيم والنماذج الوظيفية (البرمجية). وقد كان مفهوم معمارية الحاسوب يرتكز على تصميم مجموعة التعليمات الموجهة للشبكات المحلية LAN حتى ثمانينات القرن الماضي ليتم التركيز بعدها على تصميم وحدة المعالجة المركزية CPU والتسلسل الهرمي لوحدة الذاكرة ونظام الإدخال والإخراج والعمليات المتوازية بالإضافة إلى جوانب أخرى.
الجوانب الرئيسية في عمارة الحاسوب
1- بناء مجموعة التعليمات Instruction Set Architecture ISA واجهة بين برامج الحاسوب والأجهزة، ويمكن أيضا أن ينظر إليها على أنها وجهة نظر مبرمج الجهاز. أجهزة الحاسوب لا يفهمون لغات عالية المستوى التي لديها عدد قليل، إن وجدت، وعناصر اللغة التي يترجم مباشرة إلى أكواد العمليات آلة الأم. أما المعالج يفهم فقط التعليمات المشفرة في بعض الأزياء العددي، وعادة ما الأرقام الثنائية. أدوات البرمجيات، مثل المجمعين، يترجم لغات المستوى العالي، مثل C، إلى تعليمات.
بالإضافة إلى التعليمات، يحدد ISA العناصر الموجودة في الكمبيوتر المتوفرة لبرنامج مثل أنواع البيانات والسجلات، ومعالجة الأوضاع، والذاكرة.
2- تنظيم الحاسوب Computer Organization (مثل P6, Netburst, AMD K8, Core ) تساعد منظمة الحاسوب تحسين المنتجات القائمة على الأداء. على سبيل المثال، مهندسي البرمجيات في حاجة إلى معرفة قدرة المعالجة من المعالجات. قد يحتاجون إلى تحسين البرمجيات من أجل الحصول على أكبر قدر من الأداء في أقل نفقة. وهذا يمكن أن تتطلب تحليلا مفصلا للغاية لمنظمة الحاسوب . على سبيل المثال، في فك الوسائط المتعددة، قد تحتاج المصممين لترتيب لمعظم البيانات التي يتم معالجتها في مسار البيانات أسرع.
تساعد منظمة الكمبيوتر أيضا التخطيط لاختيار المعالج لمشروع معين. مشاريع الوسائط المتعددة قد يحتاج الوصول إلى البيانات سريع للغاية، في حين أن البرنامج الإشرافي قد تحتاج المقاطعات السريعة. أحيانا بعض المهام تحتاج مكونات إضافية أيضا. على سبيل المثال، جهاز كمبيوتر قادر على التمثيل الافتراضي يحتاج الأجهزة الذاكرة الظاهرية بحيث ذاكرة أجهزة الكمبيوتر محاكاة مختلفة يمكن أن تظل فصل. منظمة الكمبيوتر وميزات يؤثر أيضا استهلاك الطاقة والتكلفة المعالج.
3- التطبيق (عملية التنفيذ) Implementation ( مثل PentiumIII, Celeron, Pentium4, Pentium Xeon, Core2 ) وصفت مجموعة التعليم والهندسة المعمارية الصغيرة، يجب أن يتم تصميم آلة العملية. وهذا ما يسمى عملية التصميم والتنفيذ. وعادة ما لا يعتبر تنفيذ تعريف المعماري، وإنما الأجهزة التصميم الهندسي. تنفيذ يمكن تصنيف ذلك من أسفل إلى عدة خطوات :
- تنفيذ المنطق بتصاميم للقطع المحددة في هيكل النظام المصغر (في المقام الأول) ويكون بناء على المنطق.
- تنفيذ التصاميم على مستوى الترانزستور من العناصر الأساسية (البوابات وأجهزة الإرسال، الخ) وكذلك بعض الكتل الكبيرة (ALUs) التي يمكن تنفيذها على هذا المستوى، أو حتى (جزئيا) في المادية مستوى، لأسباب تتعلق بالأداء.
- توجه التنفيذ الفعلي للدوائر المادية. توضع المكونات بدائرة مختلفة في المخططات أو على لوحة ويتم توجيه الأسلاك التي تربط بينها.
- تصميم اختبارات التحقق الكمبيوتر ككل لمعرفة ما إذا كان يعمل في جميع المواقف وتوقيت. بمجرد أن يبدأ التنفيذ، وإثبات والتصميم الأول هو المحاكاة باستخدام محاكاة المنطق. ومع ذلك، وهذا عادة ما يكون بطيئا جدا لتشغيل برامج واقعية. وهكذا، بعد إجراء التصحيحات، هي التي شيدت باستخدام النماذج الميدانية للبرمجة بوابة صالحة (التصميم بما). وقف العديد من المشاريع هواية في هذه المرحلة. والخطوة الأخيرة هي لاختبار النموذج الأولي الدوائر المتكاملة. قد تتطلب الدوائر المتكاملة عدة يصمم لإصلاح المشاكل.
مقالات ذات صلة
- عتاد الحاسوب Computer hardware
- معمارية البرمجيات Software architecture
- مجموعة التعليمات instruction set architecture (ISA)
مراجع
- جون هينيسي and David Patterson (2006). Computer Architecture: A Quantitative Approach (الطبعة Fourth Edition). Morgan Kaufmann. . مؤرشف من الأصل في 10 سبتمبر 2011.
وصلات خارجية
- ISCA: Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture
- Micro: IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture
- HPCA: International Symposium on High Performance Computer Architecture
- ASPLOS: International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems
- ACM Transactions on Architecture and Code Optimization
- IEEE Transactions on Computers
- The von Neumann Architecture of Computer Systems