Architecture matérielle
En ingénierie informatique, l'architecture informatique est la conception et la structure opérationnelle fondamentale d'un système informatique. C'est le dessin technique et la description fonctionnelle de toutes les exigences de conception (en particulier les vitesses et les interconnexions), c'est la façon de concevoir et de mettre en œuvre les différentes parties d'un ordinateur - en se concentrant principalement sur la façon dont l'unité centrale (CPU) fonctionne en interne et sur la façon dont elle accède aux adresses en mémoire.
Elle peut être définie comme la science et l'art de sélectionner et d'interconnecter les composants matériels pour créer des ordinateurs qui répondent à des objectifs de fonctionnalité, de performance et de coût.
L'architecture informatique comprend au moins trois sous-catégories principales :
- L'architecture de jeu d'instructions, ou ISA, est le modèle abstrait d'un système informatique vu par un programmeur en langage machine (ou en langage assembleur), comprenant le jeu d'instructions, les modes d'adressage de la mémoire, les registres du processeur et les formats d'adresses et de données.
- La micro-architecture, également connue sous le nom d'organisation informatique, est un niveau inférieur, une description détaillée du système qui suffit à décrire complètement le fonctionnement de toutes les parties du système informatique, et la façon dont elles sont interconnectées et interopèrent afin de mettre en œuvre l'ISA. La taille de la mémoire cache d'un ordinateur, par exemple, est une question d'organisation qui n'a généralement rien à voir avec l'ISA.
- Conception du système qui comprend tous les autres composants matériels d'un système informatique, tels que
· Les interconnexions de systèmes telles que les bus d'ordinateurs et les commutateurs.
· Les contrôleurs de mémoire et les hiérarchies.
· Les mécanismes de délestage du processeur tels que l'accès direct à la mémoire.
· Des questions comme le multitraitement.
Une fois que l'ISA et la microarchitecture ont été spécifiées, le système informatique réel doit être conçu en matériel. Ce processus de conception est appelé mise en œuvre. L'implémentation est généralement un processus de conception technique du matériel.
La mise en œuvre peut être divisée en trois parties, mais pas entièrement séparées :
- Mise en œuvre logique : Conception de blocs définis dans la micro-architecture, principalement, au niveau des transferts de registres et des portes.
- Mise en œuvre du circuit : Conception au niveau des transistors des éléments de base (portes, multiplexeurs, bascules, etc.) ainsi que de certains blocs plus importants (ALU, caches, etc.) qui peuvent être mis en œuvre à ce niveau, voire à un niveau physique inférieur, pour des raisons de performances.
- Mise en œuvre physique : Les circuits physiques sont dessinés, les différents composants du circuit sont placés sur un plan de travail ou sur une carte et les fils qui les relient sont acheminés.
Pour les processeurs, l'ensemble du processus de mise en œuvre est souvent appelé "conception du processeur" ; il peut également s'agir d'une famille de conceptions de processeurs connexes, telles que RISC et CISC.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que l'architecture informatique ?
R : L'architecture d'un ordinateur est le design conceptuel et la structure opérationnelle fondamentale d'un système informatique. Elle implique les dessins techniques et la description fonctionnelle de toutes les exigences de conception, telles que les vitesses et les interconnexions, afin de créer des ordinateurs qui répondent aux objectifs de performance, de coût et de fonctionnalité.
Q : Quelles sont les trois principales sous-catégories de l'architecture informatique ?
R : Les trois principales sous-catégories de l'architecture informatique sont l'architecture des jeux d'instructions (ISA), la microarchitecture (également connue sous le nom d'organisation informatique) et la conception de systèmes.
Q : En quoi consiste l'ISA ?
R : L'architecture du jeu d'instructions (ISA) implique un modèle abstrait d'un système informatique qui est vu par un programmeur en langage machine ou en langage d'assemblage. Cela comprend le jeu d'instructions, les modes d'adressage de la mémoire, les registres du processeur et les formats d'adresse et de données.
Q : Qu'implique la microarchitecture ?
R : La microarchitecture implique une description détaillée de niveau inférieur du système qui est suffisante pour décrire complètement le fonctionnement de toutes les parties du système informatique ainsi que la façon dont elles sont interconnectées et interagissent entre elles pour mettre en œuvre l'ISA.
Q : Qu'implique la conception du système ?
R : la conception du système implique tous les autres composants matériels d'un système informatique, tels que les interconnexions du système, comme les bus et les commutateurs informatiques, les contrôleurs de mémoire, les mécanismes de délestage de l'UC, comme l'accès direct à la mémoire, les problèmes de multitraitement, etc.
Q : Comment la mise en œuvre se décompose-t-elle en trois parties ?
R : La mise en oeuvre peut être décomposée en trois parties : la mise en oeuvre logique, qui comprend la conception de blocs définis dans la microarchitecture au niveau du transfert de registre ou de la porte ; la mise en oeuvre des circuits, qui comprend la conception au niveau du transistor pour les éléments de base ou les blocs plus importants ; la mise en oeuvre physique, qui comprend le dessin des circuits physiques, le placement des différents composants du circuit sur un plan ou une carte de puce, le routage des fils les reliant entre eux.
