وقتی این سوال را می شنویم که معماری کامپیوتر چیست، ممکن است انتظار پاسخی دشوار و پیچیده را داشته باشیم. پاسخی که نه قابل درک است و نه قابل استفاده. اما برخلاف این تصور غلط، معماری کامپیوتر بسیار ساده، روان و قابل درک است. به گونه ای که پس از توضیح مفهوم معماری کامپیوتر، بیش از هر زمان دیگری به یادگیری و آموزش معماری کامپیوتر علاقه مند و نیازمند خواهیم بود.
در پاسخ به این سوال که معماری کامپیوتر چیست، می توان گفت که مفهومی برای بیان مکانیسم سیستم های کامپیوتری و اجزای آن است. به عبارت ساده، معماری کامپیوتر به معنای مطالعه چگونگی ارتباط سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر با یکدیگر و تعامل با یکدیگر است. البته درک نحوه عملکرد سخت افزار و نحوه اجرای دستورات توسط سیستم نیز در این زمینه مهم خواهد بود.
کلمه معماری ما را به یاد ساخت خانه ها و خانه ها می اندازد. در سیستم های کامپیوتری، معماران ابزارهای جدیدی تولید می کنند و بین قسمت های مختلف یک سیستم کامپیوتری ارتباط ایجاد می کنند. معماران سیستم همه چیزهایی را که وارد یا خارج از کامپیوتر می شوند نظارت می کنند و نحوه پردازش آن چیزها را تعریف و مشخص می کنند.
اجزای معماری کامپیوتر چیست؟
معماری کامپیوتر معمولاً شامل سه بخش است: طراحی سیستم، معماری مجموعه دستورالعمل ها و ریزمعماری (HAS). در زیر به تعریف کلی از این اجزای معماری کامپیوتر می پردازیم.
طراحی سیستم
این بخش اجزای یک کامپیوتر واقعی را بررسی می کند و قسمت های فیزیکی را مورد بحث قرار می دهد. در واقع طراحی سیستم قسمت های مختلف سخت افزاری کامپیوتر را توصیف می کند. بخش هایی مانند پردازشگرهای داده، کنترل کننده های حافظه، چند پردازنده ها و دسترسی مستقیم به حافظه که بخشی از بخش های فیزیکی یک سیستم کامپیوتری هستند.
مجموعه دستورالعمل معماری
این بخش شامل یک نمای کلی از ویژگی های پردازنده و زبان برنامه نویسی پردازنده است. در این بخش مواردی مانند دستورالعمل های برنامه نویس، انواع ثبات های پردازنده، فرمت های داده و قابلیت های پردازشگر مورد بحث قرار خواهد گرفت. مفهوم و کاربرد ثابت ها نیز در اینجا مورد بحث قرار می گیرد.
ریزمعماری
در قسمت قبل گفته شد که مجموعه دستورات پردازنده تست و تایید شده است. ما به ابزاری برای مشخص کردن این دستورالعمل ها و تعیین روش ذخیره سازی، مسیرهای داده و نحوه پیاده سازی آنها در معماری مجموعه دستورات نیاز خواهیم داشت. این ابزار ریزمعماری نامیده می شود که نحوه عملکرد دستورات را مشخص می کند.
معیارهای عملکرد CPU
در برنامه های عمومی و روزمره، ما معمولا از استاندارد اندازه گیری MIPS برای اندازه گیری عملکرد CPU استفاده می کنیم. این اندازه گیری به معنای تعداد دستوراتی است که پردازنده می تواند در یک ثانیه اجرا کند. اما در سیستم هایی که برای محاسبات علمی و مهندسی اعمال می شود، این معیار به درستی عمل نخواهد کرد. به همین دلیل، برای کامپیوترهای مهندسی، از معیار MegaFlops برای تعداد میلیون‌ها عملیات ممیز شناور در ثانیه یا GigaFlops (تعداد میلیاردها عملیات ممیز شناور در ثانیه) استفاده می‌شود.
معیارهای سنجش کیفیت معماری کامپیوتر چیست؟
در مقاله معماری کامپیوتر چیست بد نیست نگاهی به معیارهای سنجش کیفیت معماری کامپیوتر داشته باشیم. معیارهای اندازه گیری معماری کامپیوتر شامل دو مورد تحت عناوین مقبولیت و کارایی می باشد. عمومیت یعنی معماری فوق برای چه مجموعه ای از کاربردها مناسب و قابل استفاده است؟ کارایی همچنین به معنای میانگین تعداد قطعاتی است که هنگام کار با رایانه اشغال می شود. (یعنی تعداد سخت افزار در حال کار)
طبقه بندی معماری کامپیوتر
در هیچ زمینه ای نمی توان تنها یک نوع دستگاه یا فناوری را انتظار داشت. زیرا شرکت ها یا افراد مشهور همیشه در حال رقابت با یکدیگر و پیشرفت هستند. در معماری کامپیوتر نیز این موارد غالب است و تنوع زیادی دارد. اگرچه برخی از آنها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند و برخی دیگر اهمیت کمتری دارند. اما همه معماری کامپیوتر در نظر گرفته می شوند. در زیر به بررسی انواع معماری ها می پردازیم.
طبقه بندی فون نیومن
این طبقه بندی به نام خالق آن، یان فون نویمان نامگذاری شده است. این معماری برای یک کامپیوتر دیجیتال طراحی شده است که در آن سیستم کامپیوتری از یک واحد پردازش مرکزی برای پردازش و یک RAM مستقل برای ذخیره دستورالعمل ها استفاده می کند. امروزه تمامی کامپیوترهای خانگی و اداری از این مدل استفاده می کنند.
طبقه بندی فلین
آقای مایکل فلین در سال 1966 طبقه بندی فلین را معرفی کرد. در این معماری کامپیوترهای دیجیتال بر اساس جریان داده ها و تعداد دستورالعمل ها به 4 دسته طبقه بندی می شوند. این چهار دسته بر اساس رشته داده های موجود و تعداد دستورات همزمان تعریف می شوند که عبارتند از:
- SISD : یک فرمان، یک داده
- SIMD : فرمان با داده های متعدد
- M.I.S.D : سفارش های متعدد از یک داده
- MIMD : فرمان های متعدد، داده های متعدد
چگونه می توان معمار کامپیوتر شد؟
برای تبدیل شدن به یک معمار کامپیوتر، باید حداقل مدرک لیسانس در علوم کامپیوتر، مهندسی نرم افزار، سیستم های اطلاعاتی یا سایر رشته های مرتبط داشته باشید. در بیشتر موارد، معمار کامپیوتر را معمار شبکه کامپیوتری نیز می نامند. بنابراین معقول ترین راه ممکن برای درک بهتر پاسخ سوال “معماری کامپیوتر چیست” و تبدیل شدن به یک معمار کامپیوتر موفق، انتخاب رشته مرتبط و مطالعه معماری کامپیوتر است.
چرا معماری کامپیوتر مهم است؟
امروزه فناوری به طور مداوم در حال پیشرفت است و روز به روز شکوهمندتر می شود. در چنین زمانی ما به دانشی در زمینه معماری کامپیوتر نیز نیاز داریم تا سیستم های کامپیوتری مورد استفاده خود را بهبود بخشیده و ارتقا دهیم. زیرا معماری کامپیوتر نحوه عملکرد و پردازش یک سیستم کامپیوتری را برای ما تفسیر و تفسیر می کند. بنابراین با مطالعه معماری کامپیوتر قادر به طراحی سیستم های کامپیوتری و ارتقاء آنها بر اساس نیاز خود خواهیم بود.
علاوه بر این، رشته معماری کامپیوتر یکی از مهم ترین دروس دانشگاهی در رشته های مرتبط با کامپیوتر محسوب می شود. پس اگر قصد تحصیل آکادمیک و فعالیت در رشته کامپیوتر را دارید بد نیست بدانید که معماری کامپیوتر یکی از پایه های اصلی رشته کامپیوتر و مشتقات آن است. همچنین مهم است که درس معماری کامپیوتر یکی از دروس پردرآمد در آزمون کارشناسی ارشد کامپیوتر است.
با ثبت نظرات، پیشنهادات، انتقادات و همچنین سوالات خود در قسمت نظرات سایت، ما را در بهبود کیفیت خدمات یاری نمایید.